固态发酵燕麦过程中的微观结构变化影响营养物质消化率与生物活性

《Food Chemistry》：Microstructural changes during solid-state fermentation of oats influence nutrient digestibility and bioactive properties

　　

固态发酵（solid-state fermentation，SSF）按时间和体系依赖方式改变了燕麦微观结构及消化率。植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum，Lp. plantarum）单菌体系降低了淀粉消化速率；少孢根霉（Rhizopus oligosporus，R. oligosporus）单菌体系提高了初始淀粉可及性；延长SSF提高了各发酵体系的蛋白质消化率；共培养体系使ABTS活性增幅最大。

研究背景方面，全球食品系统面临气候变化、地缘政治不稳定及可持续营养需求压力，亟需通过节水型加工提升作物营养。固态发酵（solid-state fermentation，SSF）在低自由水条件下可利用微生物代谢改造植物基质，燕麦含蛋白质、淀粉、β-葡聚糖和燕麦酰胺等成分，但植酸等抗营养因子限制矿物质与蛋白质生物利用度。已有燕麦SSF研究多关注成分变化，少有将微观结构、消化动力学和抗氧化功能联合同步分析，也缺乏植物乳杆菌与少孢根霉单菌及共培养在同一框架下的比较。

该研究由研究人员以脱壳蒸汽稳定化燕麦仁为基底，设植物乳杆菌单培养、少孢根霉单培养及两菌共培养三类SSF体系，在0、48、120 h取样，结合扫描电镜（scanning electron microscopy，SEM）、共聚焦激光扫描显微镜（confocal scanning laser microscopy，CSLM）、明场（brightfield，BF）与偏振光（polarized light，PL）显微、粒径分析、INFOGEST 2.0体外胃肠消化模型、淀粉/蛋白质消化动力学、总酚含量（total phenolic content，TPC）、ABTS与DPPH抗氧化活性及植酸测定，考察时间依赖的微观结构与营养功能变化。

主要关键技术方法为：以商业脱壳蒸汽稳定化燕麦仁为样本，建立细菌、真菌及共培养三类SSF队列；采用SEM、CSLM、BF/PL显微与激光衍射粒径分析表征微观结构；依INFOGEST 2.0静态消化方案进行口腔—胃—肠阶段采样；以零级模型拟合胃相蛋白/淀粉及肠相淀粉水解，以分数转化模型拟合肠相蛋白水解；用Folin-Ciocalteu法测TPC，ABTS与DPPH法测抗氧化活性，比色法测植酸。

3.1. 组分在SSF期间的变化

研究人员通过总淀粉、L-丝氨酸当量α-氨基组和植酸测定发现，SSF随时间与体系改变燕麦生化基线，为后续微观结构与酶可及性变化提供依据。

3.2. 微观结构观察

SEM、CSLM与BF/PL显示，少孢根霉菌丝降解细胞壁与β-葡聚糖矩阵，植物乳杆菌酸化软化组织，共培养出现协同结构破坏；粒径分布随发酵时间与体系改变，反映基质通透性与颗粒破碎程度变化。

3.3. 淀粉消化动力学

胃相与肠相淀粉水解用零级模型描述；R. oligosporus处理提高初始淀粉可及性与早期水解比例，Lp. plantarum处理降低淀粉消化速率，共培养介于两单菌之间但终点水解程度提升。

3.4. 蛋白质消化动力学

胃相蛋白水解用零级模型，肠相用分数转化模型C_t=C_f?(C_f?C₀)e^?kt；延长发酵提高各体系蛋白质消化率，共培养与真菌体系在肠相终态水解程度较高。

3.5. 消化后酚类与抗氧化活性

终端消化液TPC以没食子酸当量表示，ABTS与DPPH以Trolox当量表示；共培养ABTS活性增幅最大，发酵总体提升酚类释放与自由基清除能力。

3.6. 植酸变化

比色法显示SSF降低植酸含量，减少植酸-矿物-蛋白三元复合物，从而改善矿物质与蛋白质生物可及性。

讨论部分指出，SSF对燕麦营养功能的塑造由微生物类型、发酵时间与培养条件共同决定；真菌酶系主导细胞壁降解与淀粉早期释放，乳酸菌酸化增强基质软化，共培养产生代谢互补与最大抗氧化增益。微观结构破坏程度与酶扩散、底物可及性直接相关，说明结构表征可解释消化动力学差异。

结论部分译为：固态发酵按时间和体系依赖方式改变燕麦微观结构、淀粉与蛋白质消化性及生物活性；Lp. plantarum单菌降低淀粉消化速率，R. oligosporus单菌提高初始淀粉可及性，延长SSF提升蛋白质消化率，共培养产生最大ABTS活性增加；该研究将微观结构表征与消化动力学整合，为燕麦SSF营养功能调控提供依据。论文发表于《Food Chemistry》。