《Food Chemistry》：Mechanisms of fructose-to-mannitol conversion in citrus juice fermented by fructophilic
Leuconostoc mesenteroides
编辑推荐：
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Leuc. mesenteroides SG1–1-1 能有效地将果糖转化为甘露醇。
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Leuc. mesenteroides SG1–1-1 能有效地将果糖转化为甘露醇。
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在柑橘发酵过程中，它能够将糖分减少51.45%，并产生45.75克/升的甘露醇。
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同时积累其他低聚糖并减少特定糖分。
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促进生物活性物质羟基酪醇、表观光菌素和烟酰胺的合成。
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柑橘汁中的甘露醇生物合成受到PTS和ROK蛋白的调控。
引言
果汁是维生素（尤其是维生素C）和抗氧化化合物（如多酚、类胡萝卜素和叶酸）的良好来源（Khomich & Kopytko, 2022）。然而，天然果汁（未添加糖分）的糖含量可能接近甚至高于一些流行的非水果饮料，例如碳酸饮料（Wen et al., 2021）。这是因为在加工果汁的过程中，水果的细胞结构会被破坏，导致纤维、维生素和其他抗氧化成分减少，同时果实中的天然糖分会转化为游离糖（Guasch-Ferré & Hu, 2019）。高水平的膳食糖分，尤其是游离糖的摄入，与肥胖、2型糖尿病、心血管疾病、胰岛素抵抗和代谢紊乱以及某些类型的癌症有关（Herman & Birnbaum, 2021; Huang et al., 2023）。鉴于消费者对低糖产品需求的增加，有必要探索在保持果汁原有营养成分的同时降低其糖含量的方法。
柑橘汁是柑橘加工的主要产品，也是全球贸易量最大的果汁类型。然而，在果汁生产过程中，细胞损伤会释放葡萄糖和果糖，使得柑橘汁的平均游离糖含量达到11.9%，从而使其从低血糖指数（GI < 55）的食物转变为中等血糖指数（GI在55到70之间）的食物。此外，市场上销售的柑橘汁情况更为复杂。由于柑橘汁中有机酸含量较高，有时会添加额外的糖分以提升口感。这些添加的糖分显著增加了商业果汁的糖分含量。调查显示，某些品牌的果汁每100毫升可能含有超过20克的糖分。与整颗水果相比，柑橘汁的吸收速度更快，导致餐后血糖和胰岛素水平波动更大（Heyman et al., 2017）。
乳酸菌（LAB）发酵是一种传统的食品加工技术，用于改善食品品质。近年来，由于发酵果汁的营养价值、风味和功能性，它们引起了科学界的兴趣。目前用于发酵果汁的主要乳酸菌包括 Lactiplantibacillus plantarum（Wang, He, et al., 2024）、Lacticaseibacillus paracasei（Taboada et al., 2024）、Lacticaseibacillus rhamnosus（H. Wang et al., 2024）等。嗜果乳酸菌（FLAB）是一类特殊的异型发酵乳酸菌，它们可以利用果糖作为生长底物并代谢生成甘露醇等多糖（Endo et al., 2012）。甘露醇的甜度约为糖的70%，但其热量（1.6 kcal/g）和血糖指数（GI = 0）明显低于蔗糖（3.89 kcal/g, GI = 68）、葡萄糖（4 kcal/g, GI = 100）和果糖（4 kcal/g, GI = 19），甚至低于山梨醇（2.7 kcal/g, GI = 9）和木糖醇（2.4 kcal/g, GI = 13），因此被广泛应用于食品、医药和化工行业（Martínez-Miranda et al., 2022）。这一过程涉及果糖向甘露醇的转化，该转化由甘露醇脱氢酶（mdh基因催化）。在微生物生长初期阶段，存在果糖时mdh基因的表达显著增强（Ortiz et al., 2017）。多项研究使用产甘露醇的乳酸菌（LAB）来发酵果汁。例如，研究人员用Leuconostoc citreum TR116发酵苹果汁，果糖转化成甘露醇的效率为83%，产甘露醇量为61.6克/升（Rice et al., 2020）；用Leuconostoc mesenteroides SKP 88发酵Shine Muscat果汁时，甘露醇产量为41.6克/升（Kang et al., 2023）；Limosilactobacillus fermentum发酵荔枝汁时，将果糖转化为甘露醇，使总糖含量减少了59.52%，甘露醇含量达到2.92克/100毫升（Tong et al., 2025）。这些研究展示了通过发酵降低果汁中糖分并产生甜味代谢物甘露醇的方法，从而创造出低糖果汁替代品。然而，这些乳酸菌介导的发酵过程中的具体机制尚不清楚。值得注意的是，在Tong等人的研究中，用Limosilactobacillus fermentum发酵的柑橘汁产生的甘露醇量在芒果汁、荔枝汁、苹果汁和柑橘汁中最低（Tong et al., 2025）。尽管荔枝汁中的糖分较高且有利于乳酸菌繁殖（Xu et al., 2023），但由于其本身较高的酸性。
因此，在本研究中，从水果、花卉和蜂蜜中分离出的嗜果乳酸菌（FLAB）被筛选出高产甘露醇的能力，并将其应用于柑橘汁的发酵。系统评估了初始pH值、酵母提取物（作为氮源）和酶促水解等关键工艺参数对甘露醇产量的影响，以提升柑橘汁中的甘露醇产量。最后，进行了发酵实验以量化糖分消耗和甘露醇产量，并评估发酵对果汁营养成分和理化性质的影响。此外，本研究通过整合广泛靶向的代谢组学和转录组学阐明了柑橘汁发酵过程中甘露醇生成的分子机制。研究结果表明，这种方法是一种有前景的策略，可用于降低果汁中的糖分并控制酸度。
章节片段
嗜果乳酸菌菌株及培养条件
共有113株从水果、野花、蜂蜜和九曲酒中分离出的FLAB菌株被保存在30%甘油中，温度为-80°C（表S1）。这些菌株在35°C下于果糖-酵母-胨（FYP）培养基中培养24小时，恢复活性（Endo et al., 2009）。然后，将100微升培养液转移到5毫升新鲜FYP培养基中，继续在35°C下培养12小时直至达到稳定期，之后可用于后续实验。
筛选产甘露醇的FLAB菌株
从在果糖-酵母提取物-胨（FYP）培养基中培养的113株FLAB菌株中筛选产甘露醇的菌株。为了检测具有产甘露醇潜力的菌株，进行了mdh基因的PCR扩增，得到了190 bp的产物。在测试的113株菌株中，有38株以上含有mdh基因（图S1）。所有mdh阳性菌株都在添加了不同浓度果糖（10%）的FMRS培养基中进行了果糖耐受性测试。
结论
总之，本研究成功筛选出一种高产甘露醇的嗜果Leuconostoc mesenteroides菌株，并评估了其在发酵柑橘汁中的表现。用Leuconostoc mesenteroides SG1–1-1发酵柑橘汁后，糖含量降低了51.45%，同时有效抑制了过度酸化。此外，还增强了α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的抑制活性，并促进了多种生物活性物质的合成。
CRediT作者贡献声明
Haiyan Xu： 写作 – 原稿撰写、数据可视化、资金获取、概念构思。 Kaile Qin： 方法学研究、实验设计。 Sifan Zhou： 方法学研究、实验设计。 Lisha Gao： 方法学研究、实验设计。 Mengting Cao： 方法学研究、实验设计。 Wen Huang： 数据验证、实验设计。 Junya Zhao： 数据验证、实验设计。 Shufen Wang： 形式分析。 Fang Wang： 文稿撰写 – 审阅与编辑。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了四川省科学技术厅项目（项目编号：2025ZNSFSC0227）和中国国家自然科学基金（项目编号：32402039）的财政支持。
Haiyan Xu|Kaile Qin|Sifan Zhou|Lisha Gao|Mengting Cao|Wen Huang|Junya Zhao|Shufen Wang|Fang Wang
