《Fermentation》：Effects of Extraction Methods on Inulin, Fructooligosaccharides and Microbial Inulinase Production from Stevia rebaudiana
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摘要翻译：本研究采用水提法、酶辅助提取法和酶辅助倾析提取法，从甜叶菊（Stevia rebaudiana）的不同部位（根、叶、茎及其混合物）中提取菊粉。提取液作为碳源用于深层发酵（SmF），而剩余固体残渣作为底物用于固态发酵（SSF），以黑曲霉（Aspergi
摘要翻译：本研究采用水提法、酶辅助提取法和酶辅助倾析提取法，从甜叶菊（Stevia rebaudiana）的不同部位（根、叶、茎及其混合物）中提取菊粉。提取液作为碳源用于深层发酵（SmF），而剩余固体残渣作为底物用于固态发酵（SSF），以黑曲霉（Aspergillus niger）生产菊粉酶和低聚果糖（FOS）。在1:5（w/v）水提条件下，根提取物获得最高菊粉浓度（197.55 g/L）；根酶辅助提取获得最高低聚果糖浓度（12.64 g/L）。在SmF中，叶酶辅助提取液（LEE）获得最高总低聚果糖浓度（13.99 g/L）；在SSF中，叶酶辅助倾析提取残渣获得最高总低聚果糖浓度（20.80 g/L）。水提根提取物在SmF中菊粉酶活性最高（609.72 U/mL），叶酶辅助倾析提取残渣在SSF中菊粉酶活性最高（450.86 U/mL）。从甜叶菊各部位提取菊粉、在SmF中高效生产菊粉酶以及利用SSF中剩余生物质增强FOS生产，可生成多种增值产品，并支持循环经济和生物精炼原则。
论文解读文章
研究背景：甜叶菊（Stevia rebaudiana）作为一种天然低热量甜味剂已被广泛认知，但其利用潜力远不止于甜味成分。菊粉（Inulin）和低聚果糖（Fructooligosaccharides, FOS）作为菊粉型果聚糖，具有显著的益生元特性。菊粉可通过微生物发酵产生的菊粉酶（Inulinase）水解为FOS。然而，甜叶菊不同部位（根、茎、叶）中菊粉和FOS的分布及提取效率尚需系统研究。传统提取方法往往仅关注单一目标产物，未将提取与发酵过程整合，导致生物质利用率低。此外，提取后残留固体通常作为废弃物处理，违背循环经济原则。因此，亟需开发一种集成提取-发酵策略，实现甜叶菊生物质的高值化利用。
研究目标：本研究旨在评估水提法、酶辅助提取法和倾析离心（Decanter）提取法对甜叶菊（品种Levent 93）不同部位（叶、茎、根及混合物）中菊粉和FOS的提取效率，并将提取液和残渣分别用于深层发酵（SmF）和固态发酵（SSF），以黑曲霉（Aspergillus niger A42）生产菊粉酶和FOS，从而构建多产品联产工艺，支持生物精炼和循环经济。
主要技术方法：研究人员采用三种提取方法：水提法（去离子水按不同固液比）、酶辅助提取法（添加Pectinex酶，在50°C处理90分钟）以及酶辅助倾析提取法（在2000×g离心15分钟实现液固分离）。提取液作为碳源进行深层发酵（30°C，250 rpm，14天），提取残渣作为底物进行固态发酵（30°C，14天）。发酵产物中菊粉、FOS含量采用高效液相色谱（HPLC）测定，菊粉酶和转化酶活性采用DNS比色法测定。菌株为黑曲霉A42（ATCC 204447），样本来自土耳其Güney-Agripark公司。
研究结果：
（1）提取物中菊粉和FOS含量：在固液比1:5条件下，根水提物（ARE）获得最高菊粉浓度197.55 g/L，显著高于其他样品（p<0.05）。酶辅助提取显著降低了根、叶和混合部位的菊粉含量，但增加了FOS含量，其中根酶辅助提取（REE）获得最高FOS浓度12.64 g/L。酶辅助倾析处理在叶和茎部位进一步提高了FOS含量，表明酶处理可促进长链果聚糖水解为短链FOS。
（2）发酵过程中的菊粉酶和转化酶活性：在SmF中，根水提物（ARE）在第14天获得最高菊粉酶活性609.72 U/mL，显著高于其他样品。转化酶活性在混合水提物（AME）中最高，达349.26 U/mL。所有样品中I/S比均大于10?2，表明菊粉酶占主导。在SSF中，叶酶辅助倾析残渣（LEHDER）获得最高菊粉酶活性450.86 U/mL，而转化酶活性同样在叶酶辅助倾析残渣中最高（467.06 U/mL）。SSF中酶辅助倾析提取残渣普遍表现出较高酶活性。
（3）FOS生产：SmF中，叶酶辅助提取液（LEE）在第14天获得最高总FOS浓度13.99 g/L，显著高于初始值。SSF中，叶酶辅助倾析残渣（LEHDR）获得最高总FOS浓度20.80 g/L，这归因于残渣中菊粉前体的进一步酶解和基质结合FOS的释放。根残渣发酵中未检测到FFN，最低总FOS浓度（4.56 g/L）出现在根水提残渣（ARER）发酵中。
讨论与结论：本研究证实甜叶菊根部是菊粉的丰富来源，而酶辅助提取可有效促进FOS生成。SmF系统有利于高菊粉酶活性生产，SSF则能充分利用提取残渣，实现FOS和菊粉酶的额外生产。两种发酵系统互补，实现了甜叶菊生物质的多产品联产。该集成策略不仅提高了整体利用效率，减少了未利用残渣，还符合循环经济原则。研究结论表明，提取性能、酶生产和残渣利用应作为多产品生物工艺的相互关联组件进行整体评估，而非独立操作。该研究为甜叶菊可持续生物精炼提供了新途径，但需进一步进行质量平衡分析、资源利用评估、下游回收研究和中试验证以支持工业应用。
