橄榄油副产物多功能角色解析：酚类谱、抗氧化能力、益生菌促生长与抗菌活性

《Foods》：Elucidating the Multifunctional Roles of Olive Oil By-Products: Phenolic Profiles, Antioxidant Capacity, Probiotic Growth-Promoting and Antimicrobial Activity

　　

橄榄油工业产生大量副产物，尤其是橄榄果渣（olive pomace，OP）和橄榄核（olive stones，OS），这带来环境挑战，同时蕴含尚未被开发的生物活性潜力。本研究考察了橄榄果渣（OP）、橄榄果渣提取物（olive pomace extract，OPE）、橄榄核（OS）和橄榄核提取物（olive stone extract，OSE）的酚类谱、抗氧化能力、益生菌促生长及抗菌活性。通过高效液相色谱-二极管阵列检测/质谱（HPLC-DAD/MS）测定的酚类组成显示，OPE较OSE具有更丰富的酚类谱和更高的酚类水平，这与抗氧化能力一致，OPE的抗氧化能力以Trolox当量计高56.8%。使用 Lactiplantibacillus plantarum IMC 509 和 Lacticaseibacillus rhamnosus IMC 501^? 评估益生菌促生长作用，监测生长曲线、短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）生成、总酚含量（total phenolic content，TPC）以及补充培养液中的抗氧化水平。针对机会致病菌如 Escherichia coli、Pseudomonas aeruginosa、Bacillus cereus 和 Staphylococcus aureus 检测抗菌活性。所有底物均支持益生菌增殖，且 L. plantarum IMC 509 的发酵液在28–30 h后增加或维持SCFA生成。OP和OPE显著提高两株菌的TPC和抗氧化能力，而OPE和OSE抑制受试病原体。这些发现表明橄榄油副产物是有前景的功能性食品和营养保健品（nutraceutical）成分，提供初步体外证据，同时为价值化问题废物流提供路径。

研究人员围绕橄榄油产业副产物的价值化与功能活性开展研究。橄榄油产业是地中海国家农业经济的重要基础，全球需求上升，但橄榄油生产会产生高有机负荷副产物，主要是橄榄果渣（olive pomace，OP）和植物水；OP是油分离后残留的橄榄糊，含橄榄核碎片和不同量水分，若管理不当可造成土壤和水污染。OP和橄榄核（olive stones，OS）含有酚类化合物（phenolic compounds，指具有抗氧化、抗炎、抗菌等活性的植物次生代谢物），包括secoiridoid衍生物等，具有功能食品、营养保健品和药物应用潜力。酚类还可影响肠道微生物群，可能作为益生元（prebiotics，选择性促进宿主有益微生物生长并带来健康益处的成分）促进有益菌增殖并抑制病原菌。既有研究提示橄榄果渣可影响SCFA生成和肠道微生物，但橄榄核及其提取物的益生菌促生长或益生元效应研究较少。因此，研究人员将OP、OS及其水醇提取物OPE、OSE置于同一实验框架中，整合评估酚类谱、抗氧化能力、益生菌促生长、SCFA生成和抗菌活性，以探索其多功能价值及废物资源化路径。

关键技术方法（不超过250字）：副产物来自意大利Marche地区‘Il Frantoio del Piceno’磨坊的单一品种Raggia生产批次，2023年11月11日收获并加工，取两相橄榄油生产后新鲜OP和OS。样品经冻干或干燥、粉碎筛分后，以80:20（v/v）乙醇/水进行水醇提取，得到OPE和OSE。采用HPLC-DAD/MS分析酚类谱，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析元素组成；Folin-Ciocalteu法测总酚含量（TPC），DPPH法测抗氧化；微量稀释法测最小抑菌浓度（MIC）评估抗菌；以 Lacticaseibacillus rhamnosus IMC 501^? 和 Lactiplantibacillus plantarum IMC 509 批培养监测生长曲线，并用气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）测定发酵液SCFA。

研究结果如下。

3.1 橄榄油副产物的表征
3.1.1 HPLC-DAD/MS极性酚类化合物分析：通过HPLC-DAD/MS分析，OPE和OSE均含多种酚类，但OPE酚类谱更丰富、丰度更高。OPE中以verbascoside（约占检测总酚的60%）、secoiridoid衍生物以及hydroxytyrosol和tyrosol复合物最丰富，并含少量lignans（acetoxypinoresinol、pinoresinol）和flavonoids（luteolin、apigenin）。OSE酚类多样性较低、总体丰度较低，但lignans和flavonoids相对略高于OPE。结论为OPE比OSE具有更丰富和更高水平的极性酚类。

3.1.2 提取物TPC和抗氧化水平：通过Folin-Ciocalteu法和DPPH法测定，OPE的TPC为1548.3 ± 443.4 mg GAE mL^?1，高于OSE的940.8 ± 127.4 mg GAE mL^?1；OPE抗氧化能力为4365.2 ± 12 ppm Trolox，高于OSE的2788.7 ± 8.8 ppm Trolox。结论为OPE酚类浓度和抗氧化活性高于OSE，提示二者化学组成和生物活性存在差异。

3.1.3 ICP-MS元素组成分析：通过ICP-MS测定，OP和OS的主要元素为K、Ca、P、S、Na和Mg，分别占总质量99.7%和99.4%。K在两者中均占主导，但OP中比例更高，为81.8%，OS为51.6%。Ca绝对含量在OP中更高，但相对比例OS为35.8%，高于OP的8.6%。微量元素中B和Fe最丰富，其次为Mn、Zn、Sr和Cu，Ba等贡献较小。结论为OP和OS均为矿物丰富基质，且OP总体元素浓度高于OS。

3.2 抗菌效应评估：通过MIC实验，OPE和OSE在所测浓度下均不抑制两株益生菌生长，但抑制所选病原菌。OSE在0.2 mg/mL时对 Pseudomonas aeruginosa DSM1117 抑制率为67.1 ± 7.3%；OPE在6.7 mg/mL时对 Escherichia coli ATCC 13706 和 Bacillus cereus ATCC 9634 的抑制率分别为76.1 ± 13.4%和69.4 ± 0.7%。结论为提取物具有选择性抗菌作用，对益生菌无抑制，对机会致病菌有抑制。

3.3 橄榄油副产物及提取物存在下益生菌生长曲线：通过批培养监测生长曲线，所有底物均支持 L. rhamnosus IMC 501^? 和 L. plantarum IMC 509 增殖。两株菌在OPE存在下生长率最高，IMC 501^? 和IMC 509的log增量分别为7.3和7.0，其次为OSE、OP和OS；提取物始终比未提取原料更促进生长。L. plantarum IMC 509在OPE和OSE中生长率分别为0.25 μ和0.22 μ；L. rhamnosus IMC 501^?在OPE和OSE中分别为0.24 μ和0.23 μ。OP和OS对 L. plantarum IMC 509 的益生元活性评分最高，分别为2.1和2.0。结论为所有底物均支持益生菌生长，OPE效果最佳。

3.4 发酵液中短链脂肪酸生成：通过GC-FID分析，在 L. plantarum IMC 509 和 L. rhamnosus IMC 501^? 培养液中，乙酸（C₂）和戊酸（C₅）为主要相关SCFA。乙酸在所有底物中占主导。L. rhamnosus IMC 501^?中乙酸在各条件间基本一致；L. plantarum IMC 509中补充培养的乙酸显著高于对照，OPE和OSE响应最强。戊酸呈底物依赖性，富纤维的全副产物OP和OS在两株菌中均产生最高C₅；在 L. rhamnosus IMC 501^?中OS和OP显著高于对照，在 L. plantarum IMC 509中OP和OS也最高且四种补充均超过对照。结论为OP、OPE、OS和OSE与两株益生菌的发酵活性相容，并在若干情形下刺激SCFA生成，全副产物更利于戊酸生成。

3.5 发酵液总还原能力和抗氧化水平：通过Folin-Ciocalteu法和DPPH法测定T₀至T_28/30的变化，部分处理的TPC升高，其中OP和OPE对 L. plantarum IMC 509 的提升最明显（p < 0.001，p < 0.001）；L. rhamnosus IMC 501^?中OP也显著提升（p < 0.05）。DPPH抑制率同步上升：L. plantarum IMC 509中OP由55%升至67%（p < 0.001），OPE由66%升至71%（p < 0.001）；L. rhamnosus IMC 501^?中OP由56%升至71%（p < 0.0001），OPE由65%升至70%（p < 0.001），OS和OSE变化较温和且不显著。结论为OP和OPE能显著提高发酵液TPC和抗氧化能力，可能与酚类释放或生物转化有关。

讨论部分总结：原文讨论认为，所有底物支持益生菌增殖，提取物优于原料，可能与水醇提取提高酚类可利用性有关；酚类可能并非唯一碳源，而是与培养基残余底物共代谢，并可能调节可培养菌群。菌株反应差异提示 L. plantarum IMC 509 对特定酚类有代谢偏好。OPE的活性可由其酚类谱解释：verbascoside、secoiridoid衍生物及hydroxytyrosol/tyrosol复合物占优；OSE酚类较低但lignans和flavonoids占比更高。SCFA方面，乙酸维持或高于对照，戊酸在全副产物中较高；乙酸和戊酸与肠道屏障、免疫和肠道健康相关，但原文强调该研究仅评估益生菌促生长活性，尚不构成完整益生元表征。抗菌方面，OPE和OSE对病原菌有效而对益生菌无抑制，提示选择性；原文讨论提出可能机制包括膜扰动、金属螯合、降低细胞内ATP、抑制蛋白合成等。矿物方面，OP较OS更富含K、Ca、P、Mg等，可能支持益生菌代谢，但其生物利用度和菌株特异性仍需研究。总体意义为橄榄油副产物可作为可持续、多功能的抗氧化、抗菌和益生菌促生长资源，但明确益生元或合生元结论仍需肠道微生物群模型和体内验证，并评估工业可放大性。

结论部分翻译：本研究证明，OP和OPE较OS和OSE具有更优的益生菌促生长活性和抗氧化特性。果渣提取物极性酚类浓度显著更高，以verbascoside（1798.4 ± 123.3 mg L^?1）和oleacein（948.6 ± 72.5 mg L^?1）为主，并含hydroxytyrosol及其glucoside（分别为51.9 ± 12.1和72.0 ± 1.3 mg L^?1）以及oleuropein（67.4 ± 21.0 mg L^?1）；核提取物这些化合物水平低得多，但相对富含lignans和flavonoids。一致地，OPE显示更高的TPC（1548.3 ± 443.4 vs. 940.8 ± 127.4 mg GAE mL^?1）和抗氧化能力（4365.2 vs. 2788.7 ppm Trolox），且副产物矿物丰富，尤其富含potassium和calcium。此外，OPE对四种病原菌显示抗菌活性，对 Staphylococcus aureus 抑制95%，对 Bacillus cereus 抑制69%；OSE对 Bacillus cereus 抑制高达97%，对 Staphylococcus aureus 未检测到抑制。这些结果提供初步体外证据，支持进一步评估橄榄副产物作为天然抗氧化、抗菌食品配料（例如功能性食品添加剂、天然防腐剂或纤维-酚类富集剂），但在具体食品基质中验证是必要下一步。关于益生元或合生元潜力的确定结论，需要通过肠道微生物群研究和体内研究验证。未来工作应研究发酵过程中酚类生物转化，将评估扩展至肠道微生物群模型和体内系统，并评价这些副产物配料在真实食品基质中的技术性能和可放大性，从而支持其在循环生物经济框架内的价值化。