鲣鱼霉Aspergillus chevalieri在模拟发酵体系中产生抗氧化剂neoechinulin C的机制及其在传统食品保鲜中的应用

研究人员针对传统鲣鱼干发酵过程中霉菌次生代谢产物功能不明确的问题，通过构建模拟发酵体系（bonito meat medium和arabushi medium），首次揭示了鲣鱼霉Aspergillus chevalieri JCM23047在真实发酵条件下产生抗氧化剂neoechinulin C的生物合成机制。该研究结合基因组分析和RT-qPCR技术，鉴定了负责neoechinulin C合成的非核糖体肽合成酶基因簇（ACHE_61021A），并在市售鲣鱼干中检测到该化合物，证实其可能通过抗氧化活性延长食品保质期。这项发表于《Fisheries Science》的研究为理解传统发酵食品中微生物功能提供了新视角。

　　

在日本的传统饮食文化中，经过霉菌发酵的鲣鱼干（katsuobushi）是制作日式高汤的核心原料，其独特风味和保存性能与表面生长的鲣鱼霉（katsuobushi molds）密切相关。虽然已知这类霉菌（主要为Aspergillus属）能产生多种生物活性物质，但以往研究多基于琼脂培养基，与真实发酵环境存在显著差异。这导致两个关键问题悬而未决：在真实发酵条件下，鲣鱼霉究竟产生哪些功能性化合物？这些化合物如何影响食品品质？

为解答这些问题，日本的研究团队设计了一项创新研究。他们采用两种模拟发酵的固态培养体系——鲣鱼肉培养基（bonito meat medium）和鲣鱼干粉培养基（arabushi medium），对分离自鲣鱼干的9株霉菌（包括5株A. chevalieri）进行培养。通过DPPH自由基清除实验和抗菌活性筛选，发现A. chevalieri JCM23047的培养物提取物具有显著抗氧化和抗菌活性。

研究采用的关键技术包括：1）模拟真实发酵条件的固态培养体系构建；2）基于溶剂分级的活性物质分离纯化；3）NMR和HRESIMS联用的化合物结构解析；4）LC-MS定量分析；5）antiSMASH基因组挖掘预测生物合成基因簇；6）RT-qPCR验证基因表达时序。

研究结果揭示：

1. 活性化合物鉴定：从鲣鱼肉培养基中分离出两个活性物质——二酮哌嗪类化合物neoechinulin C（IC₅₀=170 μM）和苯甲醛衍生物isodihydroauroglaucin（IC₅₀=38 μM），其中前者在阿拉伯培养基和市售鲣鱼干中均被检测到。

   

2. 生物合成机制：基因组分析发现A. chevalieri JCM23047含有24个生物合成基因簇（BGCs），其中ACHE_61021A基因簇编码非核糖体肽合成酶（NRPS）和两个二甲基烯丙基转移酶（dmats），与neoechinulin C结构特征相符。RT-qPCR显示该基因表达量与neoechinulin C积累呈正相关。

3. 生产普适性：在5株A. chevalieri中，4株能在鲣鱼干培养基中产生neoechinulin C，其中JCM23047培养10天时产量达峰值（6.5 μg/g培养基）。

4. 实际应用验证：从三家日本厂商的市售鲣鱼干中均检出neoechinulin C，证实其在自然发酵过程中的真实存在。

这项研究首次将传统食品发酵微生物的次生代谢研究从实验室培养基拓展到真实发酵环境。其重要意义在于：1）揭示了neoechinulin C作为鲣鱼霉天然抗氧化剂的功能，为理解传统发酵食品的防腐机制提供分子基础；2）建立的模拟发酵体系可作为研究其他食品发酵微生物功能的范式；3）发现的ACHE_61021A基因簇为后续通过合成生物学手段改造代谢通路奠定基础。研究还提示，不同培养条件（如水分活度）会显著影响霉菌次生代谢谱，这对优化传统食品生产工艺具有指导价值。

未来研究可进一步解析微生物互作对次生代谢的影响，毕竟真实发酵过程存在复杂的真菌群落。此外，neoechinulin C在人体内的生物活性及其作为天然食品抗氧化剂的潜力也值得探索。这项发表于《Fisheries Science》的工作，为传统发酵食品的现代化研究树立了典范。