源于白酒大曲的短乳杆菌GH1通过发酵蛹虫草子实体提取物与发芽糙米显著提升γ-氨基丁酸富集与抗氧化活性

本研究针对功能性氨基酸γ-氨基丁酸（GABA）在天然食品中含量低的问题，从白酒大曲中筛选出短乳杆菌GH1（Levilactobacillus brevis GH1），利用其发酵蛹虫草（Cordyceps militaris）子实体提取物与发芽糙米，优化工艺后GABA产量达16.83 g/L，抗氧化能力显著提升（DPPH清除能力、Fe2+螯合能力与羟基自由基清除能力分别提高1.7、3.2和2.7倍），为开发富含GABA的功能性饮品提供了安全高效的策略。

　　

在追求健康饮食的今天，功能性食品因其潜在的保健价值备受关注。γ-氨基丁酸（GABA）作为一种重要的抑制性神经递质，具有降血压、抗焦虑、改善睡眠等多种生理功能，然而天然食物中GABA含量普遍较低，难以通过日常饮食达到有效摄入量。虽然微生物发酵法可提高GABA产量，但现有方法存在产量有限、成本高、安全性等问题。另一方面，传统珍稀药材如冬虫夏草（Ophiocordyceps sinensis）因资源稀缺和价格高昂难以普及，而蛹虫草（Cordyceps militaris）作为其替代品，含有虫草素、多糖等活性成分，且可实现人工培育，具有开发功能性饮品的潜力。同时，白酒大曲（Daqu）作为中国传统白酒发酵剂，富含多种乳酸菌，是筛选功能性菌株的宝贵资源。因此，开发一种利用益生菌发酵蛹虫草和发芽糙米、安全高效富集GABA并增强抗氧化活性的功能性饮料，具有重要的研究和应用价值。本研究发表于《Current Research in Food Science》，旨在解决上述问题。

研究人员采用了几项关键技术方法：首先从白酒大曲中筛选高产GABA的乳酸菌，通过16S rDNA测序鉴定菌种；随后对筛选出的短乳杆菌GH1进行安全性（如生物胺产生、溶血性、抗生素敏感性）和益生特性（如耐酸、耐胆盐、自聚集能力）评估；进而以蛹虫草子实体提取物（CFS）和发芽糙米为基质，通过单因素和响应面优化法（Box-Behnken设计）确定最佳发酵条件（碳氮源浓度、温度、pH等）；采用高效液相色谱（HPLC）定量GABA和有机酸，并通过体外抗氧化实验（DPPH、Fe²⁺螯合、羟基自由基清除模型）评估发酵液活性；最后利用非靶向代谢组学（LC-MS）分析发酵前后代谢物变化，揭示抗氧化增强机制。所有实验均设三次生物学重复，数据以均值±标准差表示，采用ANOVA进行统计分析。

3.1. 筛选蛹虫草子实体提取物中的高产GABA菌株

通过碳酸钙溶解圈法从大曲中初筛出17株乳酸菌，其中菌株GH1在CFS培养基中GABA产量最高（2.72 ± 0.59 g/L），故将其选为后续研究对象。

3.2. 菌株GH1的形态特征与鉴定

GH1为革兰阳性短杆状菌（10–16 μm × 5–7 μm），经16S rDNA序列分析（1457 bp）鉴定为短乳杆菌（Levilactobacillus brevis），与标准菌株ATCC 14869T同源性达100%。该菌携带两个谷氨酸脱羧酶基因（gadA/gadB），为高产GABA奠定基础。

3.3. 短乳杆菌GH1的安全性及益生特性评估

安全性测试表明，GH1不产生生物胺、无DNA酶活性、无溶血性，且对多数抗生素敏感（仅对万古霉素和卡那霉素耐药，符合乳酸菌特性）。益生特性方面，GH1在模拟胃酸（pH 3.0）、胃液、肠液中存活率高（4小时后仅下降6%），在0.3%胆盐和1-4% NaCl高渗环境下仍保持活性，且自聚集能力极强（3小时后达97.20%），证明其具备良好的肠道定植潜力。

3.4. 营养条件与培养环境对GH1生长及GABA合成的影响

通过单因素实验优化发现：接种量1%、碳源为蔗糖（30 g/L）、氮源为玉米浆粉（0.6 g/L）、MSG添加量20 g/L、CFS添加比例50%、温度37°C、初始pH 5时GABA产量最高（11.91 ± 0.53 g/L）。响应面法进一步优化得出最佳条件：蔗糖30.83 g/L、玉米浆粉1.04 g/L、CFS比例52.74%、温度34.40°C、pH 4.06，此时GABA产量达16.83 ± 0.22 g/L，较优化前提高41.3%，且MSG被完全消耗。

3.5. GABA富集蛹虫草提取物的抗氧化分析

发酵后饮料的抗氧化能力显著提升：DPPH清除能力、Fe²⁺螯合能力和羟基自由基清除能力分别提高了1.7倍、3.2倍和2.7倍。有机酸分析显示发酵液富含乳酸（19.16 g/L）、乙酸、草酸（11.53 g/L）、琥珀酸、柠檬酸和苹果酸，这些酸类共同贡献于抗氧化活性和肠道健康促进。

3.6. 代谢物对抗氧化活性的影响机制

代谢组学比较发酵前后（CFS组 vs CFSLF组）发现1433种差异代谢物，其中793种显著差异（337种上调，456种下调）。关键变化包括：虫草素（cordycepin）降解导致嘌呤代谢增强，生成次黄嘌呤和α-酮戊二酸，促进谷氨酸供应从而提升GABA合成；吡哆醇（维生素B6）上调强化谷氨酸脱羧酶辅酶功能；酚类物质（芥子酸、6-乙酰氧基-2-萘甲酸）和环二肽（cyclo(his-pro)、cyclo(prolyltyrosyl)）显著增加，直接清除自由基并螯合金属离子；D-松醇（D-pinitol）和L-甘氨酸醚酯增强细胞膜稳定性与谷胱甘肽合成。KEGG通路分析显示氨基酸生物合成、碳代谢、嘌呤/嘧啶代谢协同激活，构建了多层次抗氧化网络。

本研究成功从白酒大曲中筛选出安全且具有优异益生特性的短乳杆菌GH1，通过优化发酵工艺，在蛹虫草子实体提取物和发芽糙米基质中实现了GABA的高效富集（16.83 g/L），显著提升了饮料的抗氧化能力。代谢组学揭示其机制涉及虫草素降解导向嘌呤-氨基酸代谢重编程、酚类与环肽类抗氧化物质上调以及多重代谢通路协同作用。该饮料富含GABA、有机酸和抗氧化代谢物，不仅为解决功能性GABA补充提供了新来源，也为开发基于传统发酵资源的健康饮品奠定了应用基础，对功能性食品多元化发展具有重要意义。