《Food Bioscience》：Time-resolved structural remodeling and bioactivity changes of
Lentinula edodes polysaccharides during fermentation by
Limosilactobacillus fermentum CICC 21828
编辑推荐：
摘要微生物发酵是一种有效的策略，可用于调节多糖结构并提升其功能特性，但多糖结构随时间的变化及其与功能之间的关系至今仍不够明确。本研究采用基于时间的分析方法，系统研究了用Limosilactobacillus fermentum CICC 21828发酵香菇多糖过程中其结构动态变化
摘要
微生物发酵是一种有效的策略，可用于调节多糖结构并提升其功能特性，但多糖结构随时间的变化及其与功能之间的关系至今仍不够明确。本研究采用基于时间的分析方法，系统研究了用Limosilactobacillus fermentum CICC 21828发酵香菇多糖过程中其结构动态变化及功能变化。发酵过程可分为三个阶段，其中在12到16小时之间发生了显著的结构转变。发酵显著提高了香菇多糖的提取率（20.57%）和多糖含量（70.94%），同时使分子量从8.84 × 104降低到5.07 × 104 Da，并增加了糖醛酸含量（29.41%）。结构分析显示多糖发生了部分解聚，形成了多孔结构，但主要多糖主链的完整性基本保持不变。这些结构变化与功能的提升密切相关：抗氧化能力有所提高，12小时时的最低IC50值分别为DPPH为1.2 mg/mL，羟基自由基为0.5 mg/mL。α-葡萄糖苷酶抑制活性在16小时时达到最高，IC50值为766.28 μg/mL，虽低于阿卡波糖，但仍具一定价值。相关性分析表明，分子量降低和糖醛酸含量增加是提升抗氧化能力和α-葡萄糖苷酶抑制活性的关键结构因素。总体而言，发酵时间对香菇多糖的结构重塑和功能提升起着关键调控作用，为有针对性地生产用于功能性食品的发酵多糖成分提供了理论依据。
引言
食用真菌产生的多糖因其多种生物活性而被视为重要的功能性食品成分，这些活性包括免疫调节、抗氧化以及代谢调节作用。在各类食用真菌中，香菇是生物活性多糖的重要来源，尤其是β-葡聚糖，它具有β-(1→3)连接的骨架以及β-(1→6)分支结构（Ding等人，2022；Mu?oz-Castiblanco等人，2022）。这类多糖具有多种有益健康的功效。然而，它们的生物功能与其物理化学性质密切相关，如分子量、单糖组成、糖苷键连接方式以及三螺旋等高级构象结构（Meng等人，2020）。因此，了解多糖结构特征与其功能特性之间的关系，对于提升真菌多糖在功能性食品中的应用价值至关重要。
目前，已有多种传统的提取方法被用于从食用真菌中提取多糖，包括热水提取、酸碱辅助提取，以及微波辅助提取、超声辅助提取等新兴技术（Wang等人，2023）。不过，这些方法往往需要大量的能量输入，且由于处理条件较为剧烈，可能会导致多糖结构发生不良变化。因此，微生物发酵作为一种温和、可持续且环保的方法，逐渐受到重视，可用于调节多糖结构并提升其功能特性（Liang等人，2024；Morales等人，2019；Sheng等人，2021；Zhang等人，2018）。在乳酸菌发酵过程中，微生物产生的碳水化合物活性酶，如糖苷酶，能够破坏真菌细胞壁结构，促使细胞内多糖释放出来（Pei等人，2022；Zhang等人，2023）。同时，发酵过程中产生的有机酸也可能对糖苷键进行温和的水解修饰，进而影响多糖的构象结构（Yu等人，2024）。这些酶促反应和代谢过程有助于提高多糖的提取率，增加功能基团的暴露程度，从而影响其生物活性（Wang等人，2024；Zhang等人，2023；Zhao等人，2023）。
尽管关于发酵引起的结构变化的研究越来越多，但大多数研究仅比较了未发酵样本与发酵结束后的样本之间的差异（Gao等人，2018；Su等人，2023；Wan等人，2021）。这类研究无法提供关于发酵过程中结构逐步变化的详细信息（Wang等人，2024；Wu等人，2026）。尤其是对于食用真菌多糖而言，分子量变化、成分变化、构象重排的时间规律及其与生物活性发展的关系仍不明确。发酵过程中微生物酶促降解、酸介导的结构修饰以及多糖重组之间的动态相互作用也尚未得到充分研究（Darko等人，2026；Wang等人，2024）。
为弥补这些知识空白，本研究建立了一种基于时间分辨的分析框架，用于研究乳酸菌发酵过程中香菇多糖的结构与功能演变。在初步筛选的各种乳酸菌株中，Limosilactobacillus fermentum CICC 21828表现出更优异的发酵性能，不仅能提高多糖的提取效率，还能提升发酵后香菇多糖的生物活性（补充材料1）。因此，该菌株被选为后续研究香菇多糖结构演变及功能变化的发酵菌株。在整个发酵过程中，研究人员系统监测了分子量、单糖组成、糖醛酸含量、构象特征以及流变行为等关键结构和物理化学参数的动态变化。通过结合结构分析、生物活性评估以及多元统计分析，本研究为发酵诱导的多糖结构重塑提供了理论依据，也为优化基于发酵多糖的功能性食品成分奠定了科学基础。研究推测，Limosilactobacillus fermentum CICC 21828通过酶促和代谢调控，引发香菇多糖的结构随时间发生改变，进而调节其物理化学性质和功能活性。
章节节选
材料与试剂
新鲜的香菇（凌宝品种）购自中国杨凌的一家超市。Limosilactobacillus fermentum CICC 21828（M28）则从中国工业文化收藏中心获得，储存在-80 °C的20%（v/v）甘油溶液中，以备后续使用。
Man-Rogosa-Sharpe（MRS）培养基购自北京奥博斯生物技术有限公司。三氟乙酸和溴化钾则从国药集团化学试剂有限公司购买。
细菌数量与化学性质的变化
在经过对多种乳酸菌株的初步筛选后，选择了Limosilactobacillus fermentum CICC 21828，因为它在提高多糖提取率和生物活性方面具有相对更强的能力（补充材料1）。进一步研究了该菌株在香菇培养基中的生长情况，以确认其作为发酵体系的适用性。Limosilactobacillus fermentum CICC 21828的活细胞计数在发酵过程中持续上升
结论
本研究建立了一种基于时间分辨的分析方法，用于深入研究发酵过程对多糖结构的影响，而不仅仅是传统的终点比较。研究结果表明，使用Limosilactobacillus fermentum CICC 21828进行控制性发酵，能够以时间依赖的方式调节香菇多糖的结构演变和功能特性。在12到16小时期间，香菇多糖的某些功能特性会有所提升
作者贡献说明
Zidan Zhao：指导、项目管理、资金获取。Saiqun Wang：验证、概念设计。Lu Liu：可视化、验证。Yue Liu：初稿撰写、软件应用、方法设计、实验研究、正式分析、数据整理。Zhouli Wang：论文审阅与编辑、验证、指导、项目管理、资金获取、概念设计。Tianli Yue：指导、方法设计。Yahong Yuan：指导、方法设计。Rui Cai：可视化、软件应用。Jing
未引用参考文献
Chen等人，2024；Chen等人，2020；Liu等人，2024；Wang等人，2024；Wang等人，2024；Wang等人，2025；Wang等人，2024；Wang等人，2023；Zhang等人，2018。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。他们也与任何产品、服务或公司不存在可能影响本文观点或评审结果的任何形式的专业或其他个人利益关系。
致谢
本研究得到了陕西省重点研发计划（编号：2024NC-ZDCYL-04-04）以及宁夏回族自治区农业科技自主创新基金科技创新引导项目（编号：NKYGG-2026-01）的支持。作者还要感谢西北农林科技大学食品科学与工程学院的仪器共享平台，他们在冷冻干燥和酶联检测仪的使用方面给予了帮助。
Yue Liu|Saiqun Wang|Lu Liu|Zidan Zhao|Rui Cai|Jing Guo|Tianli Yue|Yahong Yuan|Zhouli Wang
西北农林科技大学食品科学与工程学院，中国陕西杨凌712100
