多组学分析阐明来自不同水果果肉的花青素对酸奶中菌群、代谢物及蛋白质的影响

《Food Chemistry》：Multi-omics analysis elucidates the impacts of anthocyanins from various fruit pulps on bacterial communities, metabolites and proteins in yogurt

　　

• •
  乳杆菌属和干酪乳杆菌属在桑葚酸奶中相对丰度较高。
• •
  原味酸奶的β-D-岩藻糖水平高于其他组别。
• •
  草莓酸奶含有更多的脱落酸。
• •
  葡萄酸奶中异柠檬素的丰度较高。
• •
  脱落酸和异柠檬素可以下调α_S1-酪蛋白的表达。

引言

水果含有各种具有健康益处的次生代谢物，其中花青素是一个突出的亚类。作为最大类的水溶性植物色素（Mazza, 2007），花青素是阳离子类黄酮衍生物，具有六种主要的苷元：矢车菊素、马鞭草素、飞燕草素、锦葵色素、芍药素和天竺葵素。蓝莓、桑葚、葡萄、草莓和覆盆子（红色）的总花青素浓度分别约为387、668.05、27–120、21和92 mg/100 g鲜重（Kalt et al., 2020）。花青素——尤其是矢车菊素-3-O-葡萄糖苷（C3G）——具有广泛的保健作用，如抗氧化活性、抗菌性能、改善视力、预防心血管疾病和减轻肥胖（Palencia-Argel, Rodríguez-Villamil, Bernal-Castro, Díaz-Moreno, & Fuenmayor, 2024; Zhang et al., 2025）。例如，中国东北部蓝莓提取物中的C3G可缓解糖尿病视网膜病变（Li et al., 2022）。此外，黑桑葚中的C3G和矢车菊素-3-O-半乳糖苷可支持认知表现和记忆保持（Wang et al., 2025）。黑覆盆子花青素，尤其是矢车菊素-3-芸香糖苷和矢车菊素-3-木糖芸香糖苷，对癌症干预具有强大的抗氧化能力（Tulio Jr. et al., 2008）。黑花生皮中的花青素，如矢车菊素-3-O-槐糖苷和矢车菊素-3-O-柳薁糖苷，通过激活Nrf2通路和抑制细胞凋亡，可预防紫外线B诱发的皮肤损伤（Li et al., 2019）。

酸奶因其引入的活性微生物可以重塑牛奶的营养成分并带来额外的生物活性，而被誉为高价值的发酵食品（Savaiano & Hutkins, 2021）。它对乳糖不耐受和肥胖患者有益（Pei, Martin, DiMarco, & Bolling, 2017）。酸奶通过维持肠道屏障完整性和激活免疫细胞来保持肠道稳态（Ashraf & Shah, 2014; Pei et al., 2017），并改善肠道微生态。原味酸奶提供的生物活性肽有助于调节血压，而酸奶的酸性则增强了钙的生物利用度（Baspinar & Gülda?, 2020）。然而，原味酸奶的抗氧化活性有限，且缺乏足够的维生素、矿物质和膳食纤维。

受消费结构演变、健康饮食普及和产品创新的推动，水果酸奶行业近年来得到了稳步发展，满足了消费者对愉悦风味和特殊功效的期望。2024年，中国主要城市连锁超市中低温水果强化酸奶的货架占有率达到了91.6%。水果花青素可作为酸奶的优质天然色素和抗氧化剂（Benchikh, Aissaoui, Allouch, & Mohellelbi, 2021）。累积证据表明，水果中的花青素可以调节细菌活性并与乳制品中的重要营养成分相互作用。某些乳蛋白可通过分子复合化来稳定水果花青素。葡萄皮花青素提取物（GSAE）中的马鞭草素-3-O-葡萄糖苷（M3G）可以与乳中的α-和β-酪蛋白形成复合物，从而提高提取物的热稳定性、氧化稳定性和光稳定性（He, Xu, Zeng, Qin, & Chen, 2016）。乳清蛋白分离物（WPI）可以保护蓝莓中的M3G免受降解（Zang et al., 2021）。此外，蛋白-花青素相互作用还可能赋予额外的生理功能。作为载体，α-酪蛋白可以增强蓝莓花青素（如M3G、C3G和飞燕草素-3-O-葡萄糖苷（D3G））在大鼠模型中的生物利用度（Lang et al., 2023）。

膳食花青素、肠道共生微生物和宿主生理状态之间的相互作用被定义为"花青素-肠道微生物-健康"调节轴。未被吸收的膳食花青素可以调节肠道微生物群，从而抑制2型糖尿病和神经退行性疾病等慢性疾病的进展（Liang et al., 2024）。据报道，在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎小鼠食用桑葚花青素后，大肠埃希菌-志贺菌属减少，而Akkermansia、Muribaculaceae和Allobaculum等益生菌增加，从而缓解结肠炎（Mo et al., 2022）。草莓花青素，如C3G和天竺葵素-3-葡萄糖苷（Benchikh et al., 2021; Ertan, Türky?lmaz, & ?zkan, 2020; Yücetepe et al., 2024），被认为是一种益生元，可通过增加双歧杆菌群体来维持糖尿病小鼠的肠道健康，而双歧杆菌是利用花青素的一个关键细菌类群（Petersen et al., 2019）。

以往的研究主要关注生牛奶与原味酸奶之间的成分差异，但水果花青素如何与酸奶中的成分相互作用鲜有报道。了解水果花青素的作用有助于消费者根据自身需求选择水果酸奶。因此，在本研究中，我们选择了补充了五种富含花青素的水果果肉（蓝莓、覆盆子、草莓、葡萄和桑葚）的酸奶，并使用最先进的技术从多组学水平将其与原味酸奶和纯牛奶进行了比较。每种水果代表不同的花青素谱（主要花青素：蓝莓—C3G（Li et al., 2022）；覆盆子—矢车菊素-3-O-槐糖苷（Mazur, Nes, Wold, Remberg, & Aaby, 2014）；草莓—天竺葵素-3-O-葡萄糖苷（Ertan et al., 2020; Siebeneichler et al., 2020）；葡萄—马鞭草素3,5-O-双葡萄糖苷（Decker et al., 2024）；桑葚—C3G（Kim & Lee, 2020））。我们采用16S测序技术进行OTU（操作分类单元）水平的微生物组分析，使用UHPLC-MS（超高效液相色谱-质谱联用）进行非靶向代谢组学分析，以及使用高精度DIA（数据非依赖采集）蛋白质组学技术。此外，还进行了整合分析以评估不同组学中成分的相互作用。

我们表征了不同乳制品之间微生物组、代谢组和蛋白质组的差异，揭示出水果果肉中的花青素在一定程度上可以从多组学水平改变酸奶的成分。

章节摘要

样品收集

购买的商业巴氏消毒纯牛奶、益生菌发酵原味酸奶和五种益生菌发酵水果果肉酸奶（水果果肉含量：葡萄、蓝莓、桑葚、草莓、覆盆子/5% (w/w)；益生菌种类：德氏乳杆菌保加利亚亚种、唾液链球菌嗜热亚种、鼠李糖乳杆菌）均出自同一生产商。牛奶在75°C下进行巴氏消毒（高温短时巴氏消毒，HTST）

不同乳制品间的OTU分析

在本研究中，从细菌16S rRNA基因的V3和V4区产生了约192万个reads。大多数reads长度为421–440 bp，还有少量长度为401–420 bp的序列（附录A中的图S1A），表明测序质量良好。

与所有酸奶样品相比，牛奶样品的ACE、Chao1、Shannon和Sobs指数显著更高，反映出更丰富的微生物α多样性。相反，牛奶组的Simpson指数最低。

讨论

将水果原料添加到酸奶中不仅能丰富风味以满足消费者的偏好，还被认为对酸奶的成分有潜在影响，从而赋予独特的健康调节功能。此前的一项研究证明，与单独使用蓝莓或酸奶相比，蓝莓和酸奶的组合可以下调小鼠趾长伸肌（EDL）中血管紧张素II 1型受体（AGTR-1）的mRNA表达。

结论

本多组学研究比较了纯牛奶、原味酸奶和五种富含花青素的水果果肉酸奶的成分特征。链球菌属在所有酸奶样品中占主导地位。桑葚酸奶中干酪乳杆菌属和乳杆菌属富集，而葡萄酸奶中双歧杆菌属的百分比最高。草莓酸奶中积累了高水平的玫瑰木香和脱落酸；葡萄酸奶富含紫菀木香、异柠檬素和葡萄糖甘酮；桑葚酸奶

CRediT作者贡献声明

Mai Liu（刘梅）：写作 – 原稿撰写。Yuan Pan（潘远）：数据整理。Jiayi Tong（童子仪）：数据整理。Yaman Wang（王亚男）：数据整理。Xiyuan Zhang（张喜源）：数据整理。Yanxu Ji（姬彦旭）：数据整理。Mingxi Zhang（张明禧）：方法学。Zeying Wang（王泽颖）：写作 – 审阅与编辑，方法学，概念构思。

资金

本工作获得了中国博士后科学基金[2021M693859]的资金资助。

利益冲突声明

作者声明以下可能存在利益冲突的财务利益/个人关系：Zeying Wang报告获得沈阳农业大学动物科学与医学学院的资金支持、统计分析和写作协助。Zeying Wang报告与沈阳农业大学动物科学与医学学院存在包括董事会成员资格在内的关系。Mai Liu, Yuan Pan，

致谢

我们非常感谢Wang Zeying博士所提供的全部帮助。

Mai Liu|Yuan Pan|Jiayi Tong|Yaman Wang|Xiyuan Zhang|Yanxu Ji|Mingxi Zhang|Zeying Wang