固态发酵对小麦麸皮可溶性多酚释放及抗氧化活性的影响

《Food Chemistry: X》：Effect of solid-state fermentation on the release and antioxidant activity of soluble polyphenols from wheat bran

　　

以小麦麸皮为底物，研究人员比较了四种固态发酵方法对可溶性多酚释放的影响。生物酶协同（BES）效果最显著，产生总酚物质4.85 mg GAE/g，比对照组（CK）高45.77%。液相色谱-质谱联用（LC-MS）分析显示，在正离子模式下，阿魏酰胺和2,4,6-三羟基苯甲酸占主导，而在负离子模式下，水杨酸占主导。值得注意的是，水杨酸几乎完全存在于酯结合和糖苷结合组分中（>88%），表明其释放需要裂解与细胞壁成分的共价键。水杨酸的释放是生物酶协同和碱水解协同作用的结果。体外和体内实验均证实，BES释放的多酚增强了抗氧化活性，降低了活性氧（ROS）和丙二醛（MDA）水平，同时增加了谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性并延长了秀丽隐杆线虫（*C. elegans*）的寿命。这些发现为开发靶向发酵酶解工艺以生产功能性小麦麸皮提取物提供了机制基础。

**论文解读：固态发酵对小麦麸皮可溶性多酚释放及抗氧化活性的影响**

**研究背景、问题与目的**

小麦麸皮作为小麦加工的主要副产品，富含膳食纤维、多酚和蛋白质等营养成分。多酚因其分子结构中的酚羟基而具备多种功能活性，尤其是作为天然抗氧化剂，通过提供氢原子或电子清除自由基，从而抑制氧化反应。然而，小麦麸皮中的多酚主要以可溶性游离态、可溶性结合态（酯结合和糖苷结合）以及不溶性结合态三种形式存在。其中，可溶性多酚（游离态和可溶性结合态）更有利于人体吸收和利用，但大量多酚以结合态形式通过酯键、醚键或糖苷键与细胞壁组分相连，限制了其释放和生物利用度。传统提取方法难以有效释放这些结合态多酚，导致资源浪费。固态发酵（Solid-state fermentation）已被证实可改善小麦麸皮的营养品质，通过修饰纤维结构、促进生物活性化合物释放并增强抗氧化能力。然而，既往研究多聚焦于总酚含量和体外抗氧化活性，缺乏对不同结合态多酚在发酵过程中转化规律、特定酚类化合物释放机制及其体内真实抗氧化效应的系统研究。为此，研究人员旨在通过对比不同固态发酵方法，重点分析生物酶协同（BES）发酵对游离态、酯结合态和糖苷结合态多酚的差异释放效果，利用液相色谱-质谱联用（LC-MS）揭示关键酚类化合物的变化规律，特别是水杨酸等特征组分的释放机制，并以秀丽隐杆线虫（*C. elegans*）为模型验证多酚提取物的体内抗氧化功效，为小麦麸皮的高值化利用提供理论依据。该论文发表在《Food Chemistry: X》。

**主要关键技术方法**

本研究采用以下关键技术方法：（1）固态发酵与酶解处理：以全麦麸皮（购自青岛伟良食品有限公司）为底物，设置自然发酵（CK）、微生物发酵（VL，使用实验室分离的*Weissella confiusa*和*Lactobacillus helveticus*）、酶解处理（GC，添加戊聚糖酶和纤维素酶，来自维诺克斯（中国）生物技术有限公司）以及生物酶协同（BES，先微生物发酵46 h再加酶解2 h）四种方法。（2）逐步提取法：依次提取游离酚、可溶性酯结合酚（碱水解后乙酸乙酯萃取）和可溶性糖苷结合酚（水相剩余部分），总称可溶性多酚。（3）酚含量测定：采用Folin-Ciocalteu法（福林酚法），结果以没食子酸当量（mg GAE/g）表示。（4）组分分析：使用液相色谱-电喷雾电离-质谱（LC-ESI-MS）对多酚组成进行非靶向相对定量分析，正负离子模式分别检测。（5）体外抗氧化活性：DPPH自由基清除实验和羟基自由基清除实验（Fenton反应体系）。（6）体内抗氧化实验：以秀丽隐杆线虫（购自福建上源生物技术有限公司）为模型，测定活性氧（ROS）水平（H2DCFDA荧光探针法）、丙二醛（MDA）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性以及寿命实验。

**研究结果**

**3.1.1 可溶性酚类化合物含量变化分析**
通过四种发酵方法提取的可溶性游离酚、酯结合酚和糖苷结合酚含量测定结果（表1）显示，BES处理组总可溶性多酚含量最高（4.85 mg GAE/g），较CK（2.22 mg GAE/g）提高45.77%，且游离酚含量达1.79 mg GAE/g，为CK的2.4倍。BES组中可溶性结合态多酚占总酚的63.09%，表明BES处理有效破坏了结合酚与细胞壁的连接键，增加了可溶性多酚的释放。

**3.1.2 可溶性酚类化合物组成变化分析**
LC-MS分析在正离子模式下检测到16种化合物，负离子模式下检测到15种化合物。正离子模式下，BES组中阿魏酰胺、2,4,6-三羟基苯甲酸、阿魏酰腐胺等相对含量较高；负离子模式下，CK组中阿魏酸、芥子酸、对羟基肉桂酸等相对含量较高，而水杨酸在BES组中含量最高，且几乎全部存在于酯结合和糖苷结合组分中（>88%），在游离酚中含量极低，表明水杨酸主要通过共价键与细胞壁多糖结合，其释放需依赖碱水解或酶解断裂酯键和糖苷键。

**3.2 可溶性多酚对DPPH和羟基自由基清除率的影响**
自由基清除实验结果显示，BES组的DPPH自由基清除率较CK组高8%，羟基自由基清除率高19%，差异均具有统计学意义（P<0.05）。游离酚含量与清除率呈正相关，表明BES释放的多酚显著增强了体外抗氧化能力。

**3.3 可溶性多酚对线虫ROS水平的影响**
H2DCFDA荧光探针检测显示，BES组线虫的荧光强度显著低于CK组和空白组，相对ROS含量仅为CK组的一半（P<0.05），表明多酚能有效降低线虫体内的ROS水平，减少氧化损伤。MDA测定结果进一步显示，BES组MDA含量（2.43 nmol/mL）显著低于空白组（3.9 nmol/mL）和CK组（2.87 nmol/mL），说明多酚通过抑制脂质氧化减轻氧化损伤。

**3.4 可溶性多酚对线虫谷胱甘肽过氧化物酶活性的影响**
GSH-Px活性测定结果显示，BES组酶活性（15.33 nmol/min/mL）为空白组（9.33 nmol/min/mL）和CK组（9.58 nmol/min/mL）的1.6倍（P<0.05），表明多酚摄入可上调GSH-Px活性，增强机体对ROS的清除能力。

**3.5 可溶性多酚对线虫寿命的影响**
寿命实验结果显示，空白组线虫平均寿命约19天，第20天全部死亡；CK组最长存活25天；BES组最长存活30天，较CK组延长5天，较空白组延长10天。第14天后BES组存活率始终高于其他组，表明多酚能延长线虫寿命，且效果与多酚含量正相关。

**讨论与结论**

本研究证实，生物酶协同（BES）固态发酵是促进小麦麸皮可溶性多酚释放的有效策略，尤其是结合态多酚。LC-MS分析揭示了正负离子模式下酚类组成的显著差异，水杨酸几乎完全以酯结合和糖苷结合形式存在，其释放需要裂解与细胞壁组分的共价键，而BES发酵通过部分降解纤维素和半纤维素，增加了这些结合物对后续水解的可及性。体外和体内实验均证实，BES释放的多酚具有优越的抗氧化活性，表现为增强自由基清除能力、降低氧化应激标志物（ROS、MDA）水平、提高GSH-Px活性并延长线虫寿命。该工艺操作简单、条件温和，具有良好的可扩展性，为小麦麸皮的高值化利用提供了经济可行的技术途径。这些发现不仅为小麦麸皮的增值提供了科学依据，还为优化发酵和酶解处理以从农业副产品中释放特定生物活性化合物提供了机制理解。