发酵强化燕麦奶的核黄素生物富集：乳酸菌代谢工程与蛋白酶解协同策略

为解决植物基饮料核黄素(Vitamin B2)含量低的问题，丹麦技术大学团队通过热应激诱导筛选出高产核黄素的乳酸乳球菌(L. lactis)突变株，结合蛋白酶解处理提升燕麦奶氨基酸利用率，使核黄素产量提升600%至8 mg/L。该研究为清洁标签食品强化提供了新思路。

　　

研究背景与意义

随着植物基饮料(PBMA)市场快速增长，其营养缺陷日益凸显——尤其是B族维生素的天然含量远低于动物乳。核黄素(Vitamin B₂)作为FMN/FAD辅酶前体，在能量代谢和抗氧化中起核心作用，但燕麦奶中的核黄素含量(0.02 mg/L)仅为牛乳的1/100。传统化学强化面临消费者对清洁标签的诉求，而自然发酵法又受限于原料中蛋白质难溶性和菌株产能不足。丹麦技术大学团队另辟蹊径，利用热应激诱导的氧化应激机制，开发出能高效分泌核黄素的乳酸菌工程菌株，并通过酶解工艺突破燕麦蛋白利用瓶颈。

关键技术方法

研究采用三种核黄素高产菌株：热应激进化株ALE13、其乳酸脱氢酶缺陷株LDH13，以及静态培养筛选株ER10。通过荧光检测(激发/发射波长485/528 nm)定量核黄素，LC-MS分析氨基酸谱，HPAEC-PAD检测寡糖动态。燕麦奶经Alcalase?和Flavourzyme?双酶解处理，重点考察静态/通气培养对代谢的影响。

研究结果

静态发酵下的核黄素产量差异

在未处理的燕麦奶中，ER10核黄素产量(0.90 mg/L)显著高于ALE13(0.58 mg/L)，证实热应激筛选策略的有效性。LDH13因缺失乳酸脱氢酶而减少酸积累，产量达0.71 mg/L，暗示乳酸代谢与核黄素合成存在竞争。

通气培养的代谢重塑

强制通气使LDH13在燕麦奶中产量提升至1.42 mg/L，较静态条件翻倍。NADH氧化酶途径的激活促进NAD⁺再生，同时减少乳酸对pH的抑制。值得注意的是，通气使ER10在燕麦奶的产量增幅(70%)高于豆奶，揭示氧气对麦芽糖代谢的特异性调控。

蛋白酶解的突破性效应

酶解处理(ProOat)使可溶性肽增加，LDH13核黄素产量飙升至6 mg/L(提升600%)，达到目前植物基发酵饮料最高记录。氨基酸谱显示精氨酸(ARG)消耗率达90%，其通过精氨酸脱氨途径生成ATP，直接支持核黄素合成。补充20 mM ARG后产量进一步提升至8 mg/L。

糖代谢与氨基酸协同机制

HPAEC-PAD显示酶解释放的葡萄糖促进麦芽糖利用，LDH13在ProOat中麦芽糖消耗率达40%(未处理组仅3%)。精氨酸的存在可能通过激活麦芽糖磷酸化酶基因表达，缓解葡萄糖对核苷酸代谢的诱导，避免嘌呤对核黄素合成的抑制。

结论与展望

该研究开创性地将氧化应激适应、代谢工程和食品酶解技术结合，使燕麦奶核黄素含量达到牛乳的4倍。LDH13菌株的双重优势(低产酸/高产核黄素)特别适合工业化应用。未来可进一步探索丝氨酸(SER)代谢对一碳单元的供给机制，以及双菌种发酵提升风味。这项发表于《FEMS Microbiology Letters》的工作，为功能性植物基食品开发提供了教科书级的范式。