束生纤维酵母固态发酵小麦麸皮用于谷胱甘肽富集和功能改善

《Food Research International》：Saccharomycopsis fibuligera solid-state fermentation of wheat bran for glutathione enrichment and functional improvement

　　* *S. fibuligera* K2 兼具谷胱甘肽（GSH）生产潜力与广泛的水解活性。* ARTP 诱变使 *S. fibuligera* 的 GSH 产量提高了 29.57%。* *S. fibuligera* 实现了小麦麸皮固态发酵过程中的 GSH 富集。* 发酵促进了小麦麸皮的生物转化和挥发性成分谱的多样化。* 与 *L. pentosus* 共培养增加了挥发性成分多样性并富集了挥发性酚类。# 引言小麦麸皮（WB）是小麦加工过程中产生的主要副产品，约占谷物重量的 15–20%（Cheng 等，2022）。由于其含有丰富的膳食纤维、蛋白质、酚类化合物、维生素和矿物质，WB 被认为是有前景的功能性食品开发原料和资源利用材料（Chen 等，2024）。然而，其由阿拉伯木聚糖、纤维素和木质素组成的致密细胞壁结构限制了营养物质的释放和生物利用度。近期研究进一步表明，小麦麸皮阿拉伯木聚糖的功能特性受其分子量和结构特征的强烈影响（Li, Sun 等，2026；Li, Zhang 等，2026）。此外，高水平的不可溶性膳食纤维（ISDF）、植酸和结合态酚类化合物进一步限制了其营养利用和功能潜力（Venkataraman & Vaidyanathan, 2023）。而且，不理想的粗糙口感、脂质氧化产生的异味以及有限的风味复杂性阻碍了其在食品系统中的高值应用（Fan 等，2024；Li 等，2020）。因此，开发高效且可持续的生物转化策略以改善 WB 的营养、功能和感官品质，已成为谷物副产品增值研究的重要焦点。固态发酵（SSF）与小麦麸皮等低水分底物高度兼容，是改善其整体品质的有效生物加工策略（Green 等，2024；Wijaya 等，2025）。研究表明，SSF 能促进多糖降解、结合态酚类释放、抗营养因子减少和风味化合物形成，从而增强营养价值、抗氧化活性和感官特性（Nemes 等，2025；Zhang 等，2024）。然而，其效率强烈依赖于发酵菌株的功能特性。传统发酵剂如乳酸菌、酵母和丝状真菌往往受限于较弱的植物细胞壁降解能力、狭窄的胞外酶系统以及不足的代谢多样性（Slany 等，2025；Tanaskovi? 等，2021；Zhao 等，2017），这限制了营养、功能和风味的协调改善。近年来，非酿酒酵母（non-Saccharomyces yeasts）因其广泛的底物利用能力和多功能代谢潜力而引起了越来越多的关注（Bertacchi 等，2022；Qiu 等，2022）。其中，*Saccharomycopsis fibuligera* 分泌多种胞外酶，包括淀粉酶、蛋白酶和糖苷酶，并表现出强大的复杂碳源利用能力（Wang 等，2024），在谷物发酵中显示出有前景的潜力。然而，目前的研究主要集中在其在底物水解和挥发性物质形成中的作用（Farh 等，2021；Tang 等，2024），而其在谷物副产品中结合复杂底物利用与功能性代谢物富集的潜力仍未得到充分探索。谷胱甘肽（GSH）是一种由谷氨酸（Glu）、半胱氨酸（Cys）和甘氨酸（Gly）组成的三肽，是涉及氧化还原稳态和自由基清除的关键细胞内抗氧化剂（Yan 等，2026）。酵母是 GSH 生产的重要微生物平台，因为它们具有高细胞内积累能力和食品级安全性。迄今为止，大多数关于微生物 GSH 生物合成的研究集中在使用 *Saccharomyces cerevisiae* 作为底盘的液态发酵上（Fuhr 等，2024；Hu 等，2025；Jeon 等，2023；Xiong 等，2010）。相比之下，利用廉价可再生底物对农业副产品进行原位 GSH 富集的 SSF 仍然有限（Chi 等，2025）。由于 GSH 前体氨基酸合成与中心碳代谢密切相关（Yan 等，2026），能够高效降解复杂底物并释放可利用碳氮源的功能性酵母可能在将农业残留物转化为高价值 GSH 方面具有优势。因此，*S. fibuligera* 具有强大的胞外酶分泌和复杂碳利用能力，是底物利用和 GSH 富集的有前景候选者，尽管系统研究仍然缺乏。因此，本研究筛选了一株兼具 GSH 生产潜力与广泛胞外水解活性的 *Saccharomycopsis fibuligera* 菌株，并通过常温常压等离子体（ARTP）诱变进一步增强了其 GSH 生产能力。建立了小麦麸皮 SSF，并系统评估了单培养和共培养发酵对底物生物转化、功能特性和挥发性成分谱的影响。本研究旨在探索一种多功能非酿酒酵母通过 GSH 富集、底物转化和挥发性成分谱调控实现小麦麸皮综合增值的潜力。# 章节摘要### 材料菌株小麦麸皮、豆粕、棉粕和玉米购自山东金食食品科技有限公司，并按其自然水分含量使用。所有底物在发酵前于 121°C 灭菌 20 分钟。本研究中使用的所有菌株均保藏于华中农业大学发酵工程实验室，包括 *Saccharomycopsis fibuligera*、*Saccharomyces cerevisiae*（分离自 *Jiupei*）、*Rhodotorula mucilaginosa*（购自...）### *S. fibuligera* 作为发酵菌株的特性表征以 GSH 生物合成潜力作为主要标准筛选实验室保藏的酵母菌株，详细的筛选结果见表 S1。受试酵母菌株间的 GSH 含量存在显著差异，含量范围为 23.18 至 64.45 mg/L。其中，菌株 K2 表现出最高的 GSH 含量，显著高于其他菌株（*p* < 0.05）。酵母细胞是重要的微生物来源...### 结论在本研究中，筛选了一株具有广泛胞外水解活性的产 GSH *Saccharomycopsis fibuligera* 菌株 K2 用于小麦麸皮（WB）生物转化，并通过 ARTP 诱变进一步增强了其 GSH 生产能力。所得突变体 1–7 的 GSH 产量比亲本菌株高 29.57%。在小麦麸皮 SSF 过程中，GSH 含量达到 272.87 mg/kg，同时发酵伴随着 CP、SDF、TPC 和抗氧化活性的增加以及植酸...### CRediT 作者贡献声明**蒋淑：** 写作 – 初稿，验证，软件，方法论，形式分析。**周林：** 写作 – 审阅与编辑，可视化，验证，监督，方法论。**董微微：** 写作 – 审阅与编辑，监督，概念化。**李金山：** 监督，概念化。**胡永梅：** 监督，概念化。**彭南：** 监督，概念化。**赵树淼：** 写作 – 审阅与编辑，监督，软件，形式分析，概念化。## 竞争利益声明作者声明，他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本文报告的工作。## 致谢本研究得到国家重点研发计划（编号：2023YFE0104900）的资助；欧盟地平线欧洲研究与创新计划（资助协议编号：101081776）在英国政府地平线欧洲资金保证下的英国研究与创新局（UKRI）基金，以及瑞士国家教育、研究与创新秘书处（SERI）的资助；农业微生物学国家重点实验室开放基金（AMLKF202607），...蒋淑 | 周林 | 董微微 | 李金山 | 胡永梅 | 彭南 | 赵树淼