《Frontiers in Nutrition》：Changes in nutritional composition and bioactivity of fermented cereals under Pleurotus ostreatus solid-state fermentation
编辑推荐：
引言：可食用与药用的蘑菇平菇（Pleurotus ostreatus）日益被视为一种功能性成分，不仅作为真菌生物质来源，也作为一种能够转化谷物基质的生物发酵剂。本研究评估了平菇（Pleurotus ostreatus）固态发酵（solid-state ferm
引言：可食用与药用的蘑菇平菇（Pleurotus ostreatus）日益被视为一种功能性成分，不仅作为真菌生物质来源，也作为一种能够转化谷物基质的生物发酵剂。本研究评估了平菇（Pleurotus ostreatus）固态发酵（solid-state fermentation，SSF）谷物过程中营养组成和生物活性随时间的变化。方法：小麦和大米在25 °C下经平菇（Pleurotus ostreatus）发酵42天。研究人员采用标准分析方法测定抗氧化活性、酶活性、总酚含量（total phenolic content，TPC）、概略组成和氨基酸组成；两种基质均测定抗氧化活性、酶活性和TPC，并基于谷物基质的分阶段评估，进一步对小麦进行概略组成和氨基酸分析。结果：视觉评估显示两种基质在第21天均被完全定殖。生物活性物质和酶活性在21至42天监测。酶活性呈明显的基质依赖和时间依赖模式：小麦中酯酶和漆酶（laccase）活性在第35天达峰，过氧化物酶（peroxidase）活性在第42天数值最高但与第35天无显著差异；大米中酯酶在第42天最高，漆酶在第28天最高，过氧化物酶在第21天最高；芳基醇氧化酶（aryl-alcohol oxidase，AAO）在两种基质中均较低。TPC和DPPH自由基清除活性在发酵中升高，小麦均在第28天最高；大米TPC在后期35至42天最高，DPPH活性在第35天最高。小麦真蛋白（true protein）含量由6.43 g/100 g DM升至18.65 g/100 g DM，灰分增加、碳水化合物逐渐下降，脂肪相对稳定；组氨酸、谷氨酸和赖氨酸显著升高，真蛋白和总氨基酸到第42天持续增加，但第28天必需氨基酸谱最平衡。结论：最佳发酵周期取决于目标产品特性，强调监测发酵动态以优化谷物固态发酵的重要性。
研究背景方面，谷物是全球主要膳食主食，可提供碳水化合物、蛋白质和微量营养素，但原粮营养品质和生物利用度常受植酸、单宁和酶抑制剂等抗营养因子限制，影响矿物吸收和蛋白消化率。微生物发酵尤其是固态发酵（solid-state fermentation，SSF）可在低水分固体基质上模拟微生物自然生长条件，通过内源与微生物酶降解大分子，将低值谷物转化为更易消化和高附加值产品。传统发酵多用曲霉（Aspergillus）、根霉（Rhizopus）和毛霉（Mucor），而现代研究转向担子菌（Basidiomycete）等大型真菌；平菇（Pleurotus ostreatus）因生长强、木质纤维素酶活高、应用广，适合谷物发酵。不过既有大型真菌SSF研究多聚焦木质纤维素或农工残渣，对可食用整粒谷物代谢变化了解有限，且不同谷物基质的时间依赖生化变化比较数据不足，因此研究人员以小麦和水稻为对象，比较平菇（Pleurotus ostreatus）SSF中的生化与功能变化，并对小麦做营养表征。
主要关键技术方法方面，研究人员使用来自乌克兰基辅市场的小麦与大米单一商业批次作为样本队列，以平菇（Pleurotus ostreatus）菌株P80（IBK 2462）为发酵菌株，在25 ± 2 °C黑暗条件下进行42天SSF，于第21、28、35、42天取样；以未接种未发酵底物为第0天对照。研究人员用酶提取液测定酯酶、漆酶（laccase）、过氧化物酶（peroxidase）和芳基醇氧化酶（aryl-alcohol oxidase，AAO）活性；用乙酸乙酯提取后以Folin–Ciocalteu法测总酚含量（total phenolic content，TPC）、以DPPH法测抗氧化活性；对小麦做概略组成分析，并以氨基酸分析仪测定氨基酸组成，按氨基酸残基和样品特异性氮转蛋白系数计算真蛋白（true protein），再用FAO/WHO（1973）参考蛋白评价氨基酸评分（amino acid score，AAS）、化学评分（chemical score，CS）、必需氨基酸指数（essential amino acid index，EAAI）和生物学价值（biological value，BV）；统计采用双因素方差分析与Tukey检验，并用PCA和层次聚类分析。
Colonization of cereal substrates and enzyme activities：研究人员通过视觉评估发现21天基质完全定殖，并在21至42天用标准微孔板法测酶活，得出小麦酯酶和漆酶（laccase）第35天达峰、过氧化物酶（peroxidase）第42天数值最高但不显著优于第35天、芳基醇氧化酶（aryl-alcohol oxidase，AAO）仅第21天检出；大米酯酶第42天最高、漆酶第28天最高、过氧化物酶第21天最高、AAO第42天最高。结果表明酶活受谷物类型和培养时间共同影响。
Changes in total phenolic content and antioxidant activity：研究人员用Folin–Ciocalteu法和DPPH法比较不同时间点，得出小麦TPC和DPPH清除率在21、28、42天高于大米，小麦TPC和DPPH第28天最高；大米TPC后期35至42天最高但相对未发酵对照无显著增加，DPPH第35天最高。说明酚类释放与转化是连续过程，抗氧化相关性质不单随某一酶单独变化。
Multivariate analysis of biochemical changes：研究人员对TPC、DPPH、AAO、酯酶、漆酶（laccase）、过氧化物酶（peroxidase）做PCA和层次聚类，前两个主成分解释75.25%总变异；TPC与DPPH聚为一类，漆酶与过氧化物酶聚为一类，酯酶独立，AAO介于抗氧化参数与氧化酶之间，水稻和小麦未被完全分开，说明基质类型与时间均贡献变异。
Changes in the proximate composition of fermented wheat：研究人员对小麦概略组成分析，真蛋白（true protein）由对照6.43 g/100 g DM增至42天18.65 g/100 g DM，灰分上升，碳水化合物由90.63降至77.43 g/100 g DM，脂肪变化小。结论为真菌生物质积累和碳水利用使蛋白占比提升。
Changes in amino acid composition and protein quality：研究人员测定氨基酸谱，第42天多数氨基酸最高，组氨酸增幅最大（约7.2倍），赖氨酸、苏氨酸也明显上升；色氨酸始终是第一限制氨基酸，赖氨酸第二限制。第28天必需氨基酸谱最平衡；TAAs持续增加，但EAAI和BV低于未发酵对照。结果表明发酵增加蛋白相关氨基酸总量并改善部分氨基酸评分，但未整体改善必需氨基酸平衡。
讨论部分总结：研究人员指出小麦中AAO早期出现可能为过氧化物酶（peroxidase）提供H2O2，后期漆酶（laccase）、酯酶、过氧化物酶上升对应复杂细胞壁组分降解；水稻因细胞壁结构和酚类组成不同而出现不同酶活时序。TPC和DPPH变化来自结合酚释放与后续转化，不是单酶作用。小麦较高TPC和抗氧化活性支持其作为详查对象。真蛋白（true protein）上升与真菌生物质和碳水消耗有关，组氨酸升高可能与平菇（Pleurotus ostreatus）生长和麦角硫因前体代谢有关。虽然总氨基酸增加，但色氨酸和含硫氨基酸限制持续，因此EAAI和BV未超过对照。研究人员强调时间点采样比端点比较更能反映动态，最佳发酵期依目标而异。
结论部分翻译：本研究证明了小麦和水稻在平菇（Pleurotus ostreatus）固态发酵（solid-state fermentation，SSF）中酶活、总酚含量（total phenolic content，TPC）和抗氧化活性存在基质依赖性变化。由于小麦具有更高抗氧化活性和TPC，研究人员对其做了详细营养表征。不同质量参数在发酵不同阶段达峰，说明不存在适用于所有产品特征的单一发酵期。与时间终点测量不同，本研究的时序方法显示营养、酶和抗氧化相关性质最大值出现在不同阶段。小麦TPC和抗氧化活性第28天最高，酯酶和漆酶第35天最高，过氧化物酶第42天数值最高但与第35天无显著差异；水稻漆酶、过氧化物酶、酯酶分别第28、21、42天最高，TPC后期35至42天最高但不显著，抗氧化活性第35天最高；芳基醇氧化酶（aryl-alcohol oxidase，AAO）两基质均低。小麦真蛋白（true protein）增加且必需氨基酸谱改变，赖氨酸等化学评分改善，但EAAI和BV低于未发酵对照；第28天氨基酸谱最平衡，真蛋白到第42天仍增加。结果表明最佳发酵期取决于终产品目标，监测全程优于仅比较起止阶段，可指导功能性谷物配料开发。该研究聚焦生化与营养变化，未阐明分子机制，未来应研究机制与调控。这些发现凸显平菇（Pleurotus ostreatus）SSF生产具优良营养和抗氧化属性谷物配料的潜力，时序分析可为功能食品工艺优化提供依据。论文发表于《Frontiers in Nutrition》。
