微生物发酵强化核桃粕肽富集工艺的代谢组学解析与功能表征

本研究针对核桃粕(WM)高值化利用难题，开发了米曲霉(Aspergillus oryzae)制曲结合自然盐水发酵的两阶段工艺，成功制备肽富集型核桃粕酱(WMP)。通过16S rRNA测序揭示微生物群落演替规律，结合非靶向代谢组学鉴定出410种差异代谢物（含137种生物活性肽），阐明其通过激活氨基酸代谢通路（如苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸途径）实现功能强化，为植物基发酵食品开发提供新策略。

　　

核桃作为重要的油料作物，其压榨后的副产物核桃粕(WM)含有高达50%的优质蛋白，却长期被用作饲料或直接废弃。这种资源浪费与当前全球植物蛋白需求激增形成尖锐矛盾。更关键的是，核桃粕中的大分子蛋白质难以被人体直接吸收利用，而传统加工方式又无法有效释放其潜在生物活性成分。如何通过绿色生物转化技术，将这种农业副产物转化为高附加值功能性食品，成为食品科学领域亟待突破的难题。

北京工商大学食品与健康学院的研究团队在《International Journal of Food Microbiology》发表的研究，创新性地采用"米曲霉制曲-自然发酵"双阶段工艺，成功开发出肽富集型核桃粕酱(WMP)。研究首先通过16S rRNA高通量测序解析微生物群落动态，结合非靶向代谢组学(Untargeted metabolomics)和冗余分析(RDA)，系统揭示了发酵过程中关键菌群(Bacillus、Lysinibacillus等)与代谢产物的互作机制。

关键技术包括：1）两阶段发酵工艺设计；2）采用Illumina平台进行微生物群落分析；3）UPLC-Q-TOF-MS代谢组学检测；4）KEGG通路富集分析。研究团队从北京当地采购核桃粕原料，所有实验均在无菌条件下进行。

微生物群落演替规律

16S rRNA测序显示发酵过程中优势菌门从Proteobacteria更替为Firmicutes，其中Bacillus相对丰度提升12.7倍，与氨基酸氮(AAN)含量呈显著正相关(R²=0.82)。这种演替直接导致蛋白酶活性增强，为肽类物质释放奠定基础。

代谢产物动态变化

共鉴定出410种差异代谢物，其中137种肽段显著上调（占上调化合物总量的48.4%）。这些肽段中23%具有血管紧张素转换酶(ACE)抑制活性，17%显示二肽基肽酶IV(DPP-IV)抑制能力，另有14%呈现抗氧化活性。特别发现多种γ-谷氨酰肽，证实其能增强kokumi（浓厚感）风味特征。

代谢通路激活机制

KEGG分析表明苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸代谢通路显著富集(P<0.01)，关键限速酶如芳香族氨基酸转氨酶(ArAT)活性提升3.2倍。这解释了发酵后期芳香族氨基酸衍生物增加的现象，为风味物质形成提供生化基础。

该研究首次系统阐明了核桃粕发酵过程中微生物-代谢物-功能活性的级联反应机制。通过精准调控Bacillus等优势菌群的代谢活性，成功实现了核桃蛋白向生物活性肽的高效转化。所得产品不仅氨基酸氮含量达0.59 g/100 g，更富含多种具有降血压(ACE抑制)、控血糖(DPP-IV抑制)功能的肽段。这种将农业副产物转化为功能性食品配料的技术路径，为植物基发酵食品开发提供了可复制的技术范式，对推动食品工业可持续发展具有重要意义。