整合蛋白质组学与代谢组学揭示超声空化效应对加氏乳杆菌JM1发酵豆奶理化特性及代谢成分的影响机制

《Ultrasonics Sonochemistry》：Integrated proteomics and metabolomics revealed the influence of ultrasonic cavitation effects on the physicochemical properties and metabolic components during Lactobacillus gasseri JM1 fermentation in soymilk

【字体：大中小】 时间：2026年01月26日 来源：Ultrasonics Sonochemistry 9.7

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　　本研究针对传统发酵豆奶营养功能成分释放不充分、质地不稳定等问题，创新性地将超声处理技术应用于加氏乳杆菌JM1发酵豆奶体系。通过多组学联用技术系统解析了超声空化效应如何通过调控大豆蛋白结构解聚、促进益生菌代谢活性，显著提升发酵豆奶的持水性（97.12%）、活性苷元型异黄酮含量（染料木素达24.48 μg/mL）及益生菌活菌数（9.26×106CFU/mL），为高品质植物基发酵饮料开发提供新策略。

随着植物基饮食浪潮席卷全球，大豆制品因其富含优质植物蛋白和异黄酮等健康成分而备受青睐。然而，豆奶中存在的大分子球蛋白难以被人体充分吸收，且其特有的豆腥味和易分层问题始终制约着产业发展。利用益生菌发酵虽能改善豆奶品质，但传统发酵方式对营养组分生物利用度的提升效果有限。正当研究者们寻求突破时，一种名为超声处理的非热加工技术展现出独特潜力——它既能通过空化效应打开蛋白质复杂结构，又可对微生物产生"生物应激"效应，但超声技术如何系统性影响发酵豆奶的代谢网络，至今仍是未解之谜。

为揭开这一谜题，发表于《Ultrasonics Sonochemistry》的研究团队开展了一项跨学科探索。他们以自主分离的加氏乳杆菌JM1为发酵剂，在豆奶发酵过程中施加不同强度超声处理（75-225 W，10-30分钟），并首次采用整合蛋白质组学与代谢组学的策略，像"分子雷达"般精准追踪超声处理对发酵豆奶物质转化的全局影响。

关键技术方法上，研究通过碱溶酸沉法提取大豆蛋白，采用SDS-PAGE（十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳）和傅里叶变换红外光谱解析蛋白结构变化；利用超高效液相色谱-质谱联用技术进行代谢物鉴定；结合扫描电镜观察微观结构，并通过流变仪测定质构特性。所有实验均设置三次生物学重复，采用SPSS软件进行统计学分析。

3.1 超声对大豆蛋白的影响

3.1.1 大豆蛋白组成分析

SDS-PAGE结果显示，150 W超声处理20分钟使7S三聚体解离为小分子亚基，β-折叠含量显著降低（p?

3.1.2 溶解度测定

超声处理使蛋白质疏水相互作用和氢键贡献度分别提升至38.5%和29.7%，150 W-20分钟组在8 mol/L尿素中的溶解度达82.35%，揭示超声暴露了包埋的极性基团。

3.1.3 二级结构

傅里叶变换红外光谱分析显示，150 W处理使无规卷曲比例增加至31.4%，提示超声诱导蛋白质分子展开，增加了结构柔性。

3.1.4 扫描电镜

扫描电镜图像直观呈现了超声处理的微观结构演变：150 W-20分钟组形成均匀致密的凝胶网络，而225 W处理导致凝胶表面粗糙化，与持水性下降现象相互印证。

3.2 超声对发酵豆奶理化特性的影响

3.2.1 粘度

150 W超声处理20分钟使发酵豆奶粘度达到2819.80±129.12 cP，显著高于未处理组（p?

3.2.2 持水性分析

超声处理使持水性提升至97.12%，其机制在于超声暴露的羟基、氨基等亲水基团增强了与水分子结合能力。

3.2.3 活菌数

适度超声（150 W-20分钟）使活菌数达9.26×10⁶CFU/mL，而225 W处理导致菌体细胞膜损伤，验证了超声参数的"双刃剑"效应。

3.2.4 粒径与电位

激光粒度仪检测显示，150 W处理使颗粒粒径分布集中至600 nm，Zeta电位绝对值升高，表明体系稳定性增强。

3.2.5 大豆异黄酮含量

超声显著促进苷型异黄酮向苷元型转化，染料木素和黄豆黄素含量分别提升至24.48 μg/mL和17.32 μg/mL，生物利用度大幅提高。

3.2.6 流变特性

流变学测试发现，150 W处理组储能模量始终高于损耗模量，损耗角tanδ<1，证实超声处理形成了以弹性为主导的稳定凝胶体系。

3.3 超声处理后发酵豆奶的蛋白质组学分析

3.3.1 差异蛋白分析

TMT标记定量蛋白质组学鉴定到222个差异表达蛋白（113个上调，109个下调），如所示。

3.3.2 差异蛋白GO功能注释

GO富集分析显示，差异蛋白在谷胱甘肽转移酶活性、葡萄糖代谢过程等条目显著富集，提示超声激活了细胞的抗氧化和能量代谢通路。

3.3.3 差异蛋白KEGG通路富集

KEGG分析表明，超声处理显著上调谷胱甘肽代谢、氨基酸糖与核苷酸糖代谢等通路（p?

3.4 超声对豆奶代谢物的影响

3.4.1 代谢组学质控分析

主成分分析显示超声与对照组明显分离，QC样本相关系数>0.99，数据可靠性良好。

3.4.2 差异代谢物分析

正负离子模式共鉴定到147个差异代谢物，其中6″-O-乙酰基染料木苷、D-葡萄糖醛酸等功能成分显著上调，而五味子酯苷等苦味物质下降。

3.4.3 差异代谢物互作研究

相关性热图显示，尿苷-5′-单磷酸、泛酸等能量代谢物与氨基酸代谢物呈正相关，构成协同代谢网络。

3.4.4 代谢通路评估

通路富集分析发现三羧酸循环、ABC转运蛋白等通路被激活，而不饱和脂肪酸合成通路受到抑制，体现了超声对代谢网络的系统性调控。

研究结论表明，150 W-20分钟超声处理可通过优化蛋白质构象、激活微生物代谢网络，同步提升发酵豆奶的理化品质与功能活性。这种非热加工技术与多组学评价相结合的策略，不仅为植物基发酵食品的品质调控提供了新见解，更为食品工业的精准加工提供了理论范式。未来研究可进一步拓展菌种特异性与超声参数的匹配规律，推动该项技术向产业化应用迈进。

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