微生物发酵调控银杏叶次生代谢物谱：生物转化提升黄酮类化合物生物利用度的机制研究

本研究针对银杏叶(GBL)活性成分生物利用度低的问题，通过四种微生物（植物乳杆菌SCTM-1、酿酒酵母GLLB-3、黑曲霉ZYDC-1和冠突曲霉LNAC-1）的单菌及混合发酵处理，发现混合发酵(YXSL组)使总多酚、总黄酮和总多糖分别提升76.0%、170.6%和20.9%。代谢组学分析揭示116种差异表达代谢物主要富集于苯丙烷类和黄酮类生物合成通路，其中藏花酸含量通过藏红花苷水解提升104.5%。该研究为微生物发酵提升药用植物活性成分提供了重要理论依据。

　　

在传统中医药宝库中，银杏叶(Ginkgo biloba L., GBL)犹如一颗璀璨的明珠，富含黄酮类化合物、萜类化合物和多酚类物质等多种生物活性成分。这些成分被证实具有改善血液循环、神经保护、抗氧化和抗炎等多种药理活性，被誉为"心脑血管的守护神"。然而，这颗明珠却蒙着一层难以逾越的面纱——大多数银杏黄酮以糖苷形式存在，需要在肠道内经过β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase)水解成苷元后才能被吸收，随后又在肝脏经历II相代谢（葡萄糖醛酸化、硫酸化和甲基化），这种复杂的代谢过程严重限制了其生物利用度，成为制约银杏叶在医药和食品领域广泛应用的关键瓶颈。

面对这一挑战，科学家们将目光投向了微生物发酵这一古老而神奇的生物转化技术。微生物就像微小的"生物化工厂"，能够通过分泌各种酶类（如纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶）降解植物细胞壁，释放被束缚的活性成分，同时还能将大分子化合物转化为更易吸收的生物活性形式。此前的研究表明，乳酸菌和曲霉属真菌在中药发酵中表现出色，能够显著提升多酚和黄酮含量，但针对银杏叶这一特定基质的系统性发酵研究尚不充分，特别是不同微生物菌种及其组合对银杏叶活性成分转化规律的深入解析仍属空白。

为此，研究团队在《Future Foods》上发表了创新性研究成果，通过多组学技术深入解析了微生物发酵对银杏叶次生代谢物谱的重编程作用。该研究首先从中国传统发酵食品（贵州泡菜、广西六堡茶、贵州豆瓣酱和湖南茯砖茶）中分离筛选出四株具有高效木质纤维素降解能力的菌株：植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)SCTM-1、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)GLLB-3、黑曲霉(Aspergillus niger)ZYDC-1和冠突曲霉(Aspergillus cristasukae)LNAC-1。研究人员通过刚果红染色法检测了这些菌株的纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶活性，为后续发酵实验提供了酶学基础。

研究设计精心规划了五个发酵组：四个单菌发酵组（YXLp、YXSc、YXAn、YXAc）和一个混合发酵组（YXSL，由植物乳杆菌SCTM-1和酿酒酵母GLLB-3按1:1比例组成），以未发酵的银杏叶作为对照组（YXKC）。发酵结束后，研究人员采用福林酚试剂法(Folin-Ciocalteu)测定总酚含量，氯化铝比色法测定总黄酮含量，苯酚-硫酸法测定总多糖含量。更重要的是，研究运用超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)技术进行了非靶向代谢组学分析，使用Acquity UPLC HSS T3色谱柱，在正负离子模式(ESI⁺/ESI^-)下进行检测，通过Progenesis QI软件处理原始数据，并借助METLIN、KEGG、HMDB等多个数据库进行化合物鉴定。统计学分析采用OPLS-DA（正交偏最小二乘判别分析）模型，以VIP（变量重要性投影）>1、FC（差异倍数）>2且p<0.05作为差异代谢物的筛选标准。

研究结果令人振奋。在酶活性测定方面，黑曲霉ZYDC-1和冠突曲霉LNAC-1表现出纤维素酶活性；植物乳杆菌SCTM-1和黑曲霉ZYDC-1具有木聚糖酶活性；而酿酒酵母GLLB-3和冠突曲霉LNAC-1则显示出果胶酶活性。这些酶活性的存在预示着这些菌株能够有效降解植物细胞壁，释放活性成分。

在活性成分变化方面，所有发酵组的总酚含量均较未发酵组显著增加44.0-90.5%，其中YXAn组（黑曲霉发酵）提升最为显著。总黄酮含量的变化更为引人注目：YXLp组（植物乳杆菌单菌发酵）和YXSc组（酿酒酵母单菌发酵）分别增加了47.2%和15.1%，而YXSL组（混合发酵）竟然惊人地提升了170.6%。多糖含量也呈现积极变化，YXLp组增加了83.6%，但YXSc组反而有所下降，研究人员推测可能是酿酒酵母将多糖作为优先碳源消耗所致。

代谢组学分析揭示了更深层次的转化机制。研究共鉴定出4,549种化合物，主要包括羧酸及其衍生物(283种)、酚类脂质(268种)、黄酮类(107种)和酚类(71种)。PCA（主成分分析）显示所有发酵组与未发酵组明显分离，表明微生物发酵显著改变了银杏叶的代谢物谱。特别值得注意的是，YXSL组（混合发酵）含有124种独有代谢物，显示出协同发酵的优势。

通过OPLS-DA分析，研究人员发现YXSL组与未发酵组之间存在1,218种差异代谢物。KEGG通路富集分析显示这些差异代谢物主要富集于植物次生代谢物生物合成(54种)、苯丙烷生物合成(44种)、黄酮和黄酮醇生物合成(39种)以及类黄酮生物合成(35种)等通路。

在黄酮类代谢物转化方面，研究观察到发酵后槲皮素3-(2G-木糖基芦丁糖苷)、异槲皮苷、芹菜素7-O-新橙皮糖苷等黄酮苷含量显著下降，而相应的苷元形式含量大幅上升。其中，木犀草素含量在YXLp、YXSc、YXAn、YXAc和YXSL组分别增加了5.97、7.21、7.85、7.64和5.04倍；柚皮素含量更是惊人地增加了33-55倍。这种苷元形式的增加具有重要意义，因为黄酮苷元比其糖苷形式更易被人体吸收，且具有更强的抗氧化活性。

在萜类化合物转化方面，研究观察到人参皂苷Rb1、Rc和Rh3含量显著降低，表明微生物发酵可能促进了皂苷类化合物的降解转化。更令人兴奋的是藏红花苷类化合物的变化：在YXSL组中，藏红花苷(crocin)、β-D-龙胆二糖基-β-D-葡萄糖基藏花酸、β-D-龙胆二糖基藏花酸和β-D-葡萄糖基藏花酸含量分别下降了56.27%、65.64%、45.78%和36.8%，而其苷元形式——藏花酸(crocetin)含量却显著增加了104.5%。这一发现具有重要意义，因为藏红花苷口服后难以吸收，而藏花酸具有更好的生物利用度，且具有抗氧化、抗炎和抗凋亡等多种药理活性。

研究人员提出了藏红花苷的生物转化途径：藏红花苷→β-D-龙胆二糖基-β-D-葡萄糖基藏花酸→β-D-龙胆二糖基藏花酸→β-D-葡萄糖基藏花酸→藏花酸。这一转化过程主要由微生物分泌的糖苷水解酶完成。

该研究通过系统的微生物发酵实验和深入的代谢组学分析，证实了微生物发酵能够显著改变银杏叶的次生代谢物谱，特别是混合发酵组(YXSL)在提升活性成分含量方面表现最为突出。研究不仅揭示了微生物发酵提升银杏叶活性成分的潜在机制，还为开发高生物利用度的银杏叶产品提供了新思路。未来研究可进一步解析特定微生物酶系在生物转化中的作用，优化发酵工艺参数，并评估发酵后产品的体内生物利用度和药理活性，为银杏叶的精深加工和高值化利用开辟新的途径。

这项研究的创新之处在于：首先，它首次系统比较了不同微生物单菌及混合发酵对银杏叶活性成分的影响；其次，它运用非靶向代谢组学技术全面解析了发酵前后的代谢物谱变化；最后，它深入揭示了黄酮苷和藏红花苷等特定成分的生物转化途径。这些发现不仅对银杏叶的开发利用具有指导意义，也为其他药用植物的微生物发酵改性提供了可借鉴的研究思路和方法学参考。