《Foods》：Effects of Freeze-Dried Burdock Root and Ultrasonic Treatment on the Growth and β-Glucosidase Activity of Lactiplantibacillus plantarum FEL112 in the Fermentation of Black Soymilk
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牛蒡（Arctium lappa L.）根富含菊粉（inulin）和多酚（polyphenols），具有生理活性，可作为微生物的营养源。本研究旨在探究冻干牛蒡根粉（freeze-dried burdock root powder, BP）和超声处理（ultra
牛蒡（Arctium lappa L.）根富含菊粉（inulin）和多酚（polyphenols），具有生理活性，可作为微生物的营养源。本研究旨在探究冻干牛蒡根粉（freeze-dried burdock root powder, BP）和超声处理（ultrasonic treatment, US）对黑豆乳（black soymilk, BS）发酵中 Lactiplantibacillus plantarum FEL112（Lp-FEL112）生长和 β-葡萄糖苷酶活性（β-glucosidase activity, β-GA）的影响。评估了在 BS 中添加不同量 BP（x% BP/BS, w/v）且不进行 US，或对 1% BP/BS 采用 US（40 和 120 kHz）时培养的 Lp-FEL112 的活菌数和 β-GA。分析了 1% BP/BS 发酵产物提取物（fermented product extract, FE）中的总酚含量（total phenolic content, TPC）、抗氧化活性和异黄酮。未采用 US 时，1% BP/BS 中 Lp-FEL112 在 24 h 的 β-GA 为 16.01 ± 1.88 U/mL，高于 3% BP/BS 和 7% BP/BS 中的相应值，并在采用 US 后提高至 18.62–26.86 U/mL。采用 US 后，1% BP/BS 的 FE 中抗氧化活性、TPC 和异黄酮苷元（daidzein 和 genistein）比例得到改善。本研究表明，在 Lp-FEL112 发酵 BS 时向 BS 添加限量 BP 并结合 US，可省去提取步骤，同时实现发酵产物功能性的增强。
研究背景方面，牛蒡（Arctium lappa L.）根富含菊粉（inulin）和多酚（polyphenols），具有生理活性，可作为微生物营养源；冻干牛蒡根粉（freeze-dried burdock root powder, BP）可保留较完整的生物活性成分。黑豆（Glycine max (L.) Merr.）及黑豆乳（black soymilk, BS）富含蛋白质、花青素和异黄酮等，具有较高的总酚含量（total phenolic content, TPC）和抗氧化能力。BS 中异黄酮糖苷可被乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）释放的 β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase, β-GA）转化为生物利用度更高的苷元。然而，LAB 对异黄酮糖苷的酶解常受半透性细胞膜阻碍，β-GA 及转化产物的有效运输受限。超声处理（ultrasonic treatment, US）可刺激益生菌生长、提高酶活性，并增加接触面积和传质。LAB 生长依赖培养基营养；此前研究使用牛蒡根干燥水提物（BWE）作为营养源，而未经提取的 BP 在营养组成上与水提物不同。因此，研究人员旨在考察 BP 添加量和 US 对 Lactiplantibacillus plantarum FEL112（Lp-FEL112）在 BS 发酵中生长和 β-GA 的影响，并评估 FE 中 TPC、抗氧化活性和异黄酮苷元比例。
研究人员在 BS 中添加 1%、3%、7% BP，接种 Lp-FEL112 后于 37 °C 发酵 48 h，在无 US 条件下测定活菌数、pH 和 β-GA；随后选择 1% BP/BS，在发酵前采用 40 或 120 kHz US 处理 10 或 20 min，再评估活菌数、β-GA、TPC、铁还原抗氧化能力（ferric-reducing antioxidant power, FRAP）、异黄酮和菌体表面形态。结果表明，无 US 时 1% BP/BS 的 β-GA 最高，US 可将其提高至 18.62–26.86 U/mL，并改善 TPC、FRAP 和异黄酮苷元比例。该研究说明，BP 结合 US 可在不进行提取的情况下增强发酵产物功能性，具有发酵食品应用潜力。
关键技术方法方面，研究人员以分离自 Hakka sauerkraut 的 Lp-FEL112 为发酵菌；黑豆为 Tainan No. 3（购自 Shia Ying Farmers’ Associations），牛蒡为 Yanagawarisou 品种（购自 Jiali District Farmers’ Association）。制备 BS 和 BP，设置 1%、3%、7% BP/BS，于 37 °C 发酵 0–48 h；对 1% BP/BS 在接种后、发酵前采用超声水浴 40 或 120 kHz/300 W 处理 10 或 20 min。测定活菌计数、pH、β-GA（p-NPG 法）、TPC（Folin–Ciocalteu 法，GAE）、FRAP（Trolox equivalent）、HPLC 异黄酮和 FE-SEM 菌体表面形态；数据采用 ANOVA 与 Duncan 检验。
3.1 不同 BP 添加量对 BS 中 L. plantarum FEL112 生长的影响。研究人员比较不同 BP 添加量下活菌数和 pH。活菌数在 0–12 h 均增加，BS、1% BP/BS 和 3% BP/BS 在 12–48 h 仅略下降，而 7% BP/BS 在 24–48 h 下降；3% BP/BS 活菌数高于其他培养基，且 pH 显著低于 1% BP/BS 和 7% BP/BS，BS 的 pH 最高。结果表明，适量 BP 可提供丰富营养，过多 7% 固体 BP 的网络结构会造成较大空间位阻，影响菌株利用营养；3% BP/BS 较低 pH 可能降低酶释放并抑制酶活性。
3.2 不同 BP 添加量对 β-GA 的影响。1% BP/BS 在 12–48 h 的 β-GA 高于 BS 和其他 BP 添加量。3% BP/BS 虽活菌数较高，但酸度较高会影响 β-GA 释放，且其固体 BP 网络结构较 1% BP/BS 产生更强空间位阻；7% BP/BS 的 β-GA 在 48 h 内均较低。因此，研究人员选择 1% BP/BS 进一步考察 US 对 β-GA 的增强作用。
3.3 US 刺激下 Lp-FEL112 在 1% BP/BS 中的生长。U40-10、U120-10 和 U120-20 条件下活菌数在 48 h 培养期间几乎均显著高于无 US 组；U120-10 使菌株在 36 和 48 h 维持较高活菌数并具有较长稳定期。β-GA 方面，12 h 时各 US 组均显著高于无 US 组（14.06 ± 0.43 U/mL），其中 U120-20 诱导最高 β-GA（26.46 ± 0.70 U/mL），约为无 US 组的 1.88 倍；24 h 时 U40-20（26.86 ± 1.20 U/mL）和 U120-10（26.18 ± 0.30 U/mL）显著较高；36 h 时 U40-10（23.31 ± 0.14 U/mL）和 U120-10（22.96 ± 0.30 U/mL）显著较高。不同 US 条件下最高 β-GA 出现时间不同。结果表明，40 和 120 kHz US 均可有效诱导 Lp-FEL112 释放更多 β-GA，以利用培养基中可利用营养。
3.4 1% BP/BS 经 US 后 FE 中 TPC 和 FRAP。初始时各 US 组 TPC 略高于无 US 组，但差异不显著。12 h 时 U40-10 的 TPC 为 4.996 ± 0.210 mg GAE/g-FE，显著高于无 US 组（4.015 ± 0.864 mg GAE/g-FE）；24 h 时 U40-10 最高，为 5.143 ± 0.228 mg GAE/g-FE；48 h 时 U40-20 最高，为 5.173 ± 0.030 mg GAE/g-FE，显著高于无 US 组（4.178 ± 0.088 mg GAE/g-FE）。FRAP 在 12–48 h 均显著高于 0 h；40 和 120 kHz US 组在 12–48 h 保持较稳定 FRAP，且 48 h 时 U40-10 显著高于无 US、U40-20、U120-10 和 U120-20。结果表明，较高强度 40 kHz 短时间 10 min US 有利于提高发酵产物 TPC 和 FRAP。
3.5 US 对 1% BP/BS 的 FE 中异黄酮的影响。研究人员以异黄酮苷元（daidzein 和 genistein）占总异黄酮比例（AI/TI）为指标。无 US 时，AI/TI 在 12 h 为 63.08%，48 h 为 74.48%；U40-10 提高至 12 h 76.17% 和 48 h 81.67%；U120-10 提高至 12 h 79.42% 和 48 h 81.79%；U40-20 在 12 h 略高于 U40-10，但 48 h 低于 U40-10。结果表明，US 增强 Lp-FEL112 的 β-GA，促进异黄酮糖苷生物转化为苷元，提高 FE 中苷元比例。
3.6 Lp-FEL112 的 FE-SEM 图像。无 US 的 1% BP/BS 中，Lp-FEL112 在 24 h 表面不光滑，存在较多皱缩和凹陷；U40-10 处理后 24 h 菌体表面更光滑；U120-10 处理后 24 h 菌体表面光滑但仍存在轻微凹陷。结果表明，菌体形态可受超声强度、培养时间和培养基营养组成影响。
讨论部分认为，无 US 时 3% BP/BS 活菌数较高但 pH 较低，酸性环境会降低酶释放并抑制 β-GA；固体 BP 网络结构会带来空间位阻，且添加量越高，菌株接触和利用营养越受阻碍，故 1% BP/BS 的 β-GA 最高并被选为后续 US 研究对象。US 可产生空化与微流效应，改善固液混合、松散 BP 网络结构并增强传质，从而刺激菌株恢复和生长，提高 β-GA；不同 US 强度和时间可能影响细胞修复时间，使最高酶活出现于不同培养时间。TPC 和 FRAP 增强与 US 促进酶解释放及酚类转化有关；异黄酮苷元比例提高则与 β-GA 增强和 BP 网络结构松散有关。FE-SEM 结果说明菌体形态受 US 强度、培养时间和营养组成共同影响。与前期使用 BWE 的研究相比，BP 替代 BWE 并结合 US 可获得相似的生长和 β-GA 增强效果，并可省去提取步骤，提高经济性，同时保留牛蒡根完整营养化合物。
研究结论翻译：本研究调查了 BP 添加于 BS 以及 US 对 Lp-FEL112 在 BS 发酵中生长和 β-GA 的影响。无 US 时，1% BP/BS 在 48 h 培养期间获得最高 β-GA。在 1% BP/BS 中，发酵前采用不同频率 US 处理 10 或 20 min，对 Lp-FEL112 的 β-GA 表现出不同程度增强。1% BP/BS 的 FE 中 FRAP 抗氧化活性、TPC 和异黄酮苷元比例均随不同频率 US 处理而增强。与研究人员先前将牛蒡根水提物加入 BS 并结合 US 的研究相比，在 Lp-FEL112 发酵 BS 时用 BP 替代牛蒡根提取物加入 BS 并结合 US，可通过省去为保留牛蒡根完整营养化合物所需的提取步骤而具有经济效益，同时达到增强 FE 功能性的相同目的，显示出发酵食品应用潜力。
