发酵乳制品中亮氨酸衍生物的生物合成优化及其对肌肉健康的影响机制研究

本研究针对发酵乳制品中具有肌肉生长促进作用的亮氨酸(Leu)代谢产物（α-酮异己酸/KIC、2-羟基异己酸/HICA和β-羟基-β-甲基丁酸/HMB）含量不足的问题，通过优化发酵条件（pH6、21h）、添加底物（1%Leu+20%乳清蛋白）及筛选益生菌株（鼠李糖乳杆菌），使酸奶中HICA含量提升至4651mg/kg干重，为开发功能性乳制品提供科学依据。

　　

在追求健康饮食的当代社会，发酵乳制品因其独特的营养价值和益生功能备受青睐。然而，这些产品中具有促进肌肉生长作用的亮氨酸(Leu)代谢产物——包括α-酮异己酸(α-ketoisocaproic acid, KIC)、2-羟基异己酸(2-hydroxyisocaproic acid, HICA)和β-羟基-β-甲基丁酸(β-hydroxy-β-methylbutyric acid, HMB)——的含量往往难以满足人体每日所需。研究表明，虽然发酵过程能提升这些活性物质的浓度，但市售酸奶中的HICA含量仅为3.0-15.2mg/L，远低于产生生理效应所需的1.5-3g日摄入量。这一现状促使科学家们探索通过微生物代谢工程和工艺优化来强化功能性成分的途径。

针对这一科学问题，研究人员在《Food Chemistry》发表的最新研究中，系统考察了发酵条件、底物添加和菌种选择对亮氨酸衍生物合成的影响。研究采用超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)技术精准定量代谢产物，通过单因素实验筛选出最佳pH值、发酵时长和营养添加剂组合，并对比评估了酸奶发酵剂（嗜热链球菌+保加利亚乳杆菌）、开菲尔发酵剂以及四种常见益生菌（动物双歧杆菌乳亚种、嗜酸乳杆菌、副干酪乳杆菌和鼠李糖乳杆菌）的代谢效能。

结果与讨论
在酸奶发酵体系中，pH值调节至6、添加1%亮氨酸和20%乳清蛋白、延长发酵时间至21小时的四重优化方案，使HICA产量达到惊人的4651mg/kg干重。鼠李糖乳杆菌展现出最强的HICA合成能力，其代谢通路由亮氨酸经转氨基生成KIC，再通过氢化反应转化为HICA。相比之下，开菲尔发酵体系因包含酵母菌和醋酸菌的复杂菌群，更倾向于将KIC转化为风味物质3-甲基丁醛，导致HICA积累量较低。蛋白酶预处理虽然能释放更多游离亮氨酸，但过度水解反而抑制了目标代谢途径。

结论与意义
该研究首次阐明发酵乳制品中亮氨酸衍生物合成的关键调控因素，证实通过定向调控乳酸菌代谢流可显著提升HICA等活性成分的产量。这一发现不仅为开发抗肌肉衰减(sarcopenia)的功能性乳品提供技术路线，更拓展了"后生元"(postbiotics)概念的应用边界——即利用微生物代谢产物而非活菌本身来实现健康效益。研究建立的工艺参数可直接应用于工业生产，而揭示的菌株特性差异则为后续代谢工程改造指明方向。随着人口老龄化加剧和运动营养市场需求增长，这项成果具有重要的产业化前景和科学价值。