黑曲霉固态发酵调控绿豆酚类化合物动态富集机制及抗氧化活性增强研究

《Food Chemistry: X》：Untargeted metabolomics reveals phenolic compound dynamics during mung bean fermentation

本研究针对传统方法提升绿豆酚类物质含量效率低、技术复杂等问题，通过黑曲霉（Aspergillus Niger）固态发酵（SSF）技术，系统解析了发酵过程中酚类化合物的动态变化规律。结果表明，发酵显著提升了绿豆总酚（18.31 mg/g）和总黄酮（11.34 mg/g）含量，并激活了类黄酮、异黄酮等生物合成通路，抗氧化能力（DPPH·、ABTS+·清除率及铁离子还原力）显著增强（P?

　　

绿豆（Vigna radiata L.）作为传统药食同源作物，富含多种生物活性成分，其中酚类化合物因其抗氧化、抗炎和预防慢性疾病等功能备受关注。然而，天然绿豆中酚类物质含量受品种、储存和加工方式限制，传统改良方法如基因突变和嫁接存在成功率低、技术门槛高等问题。发芽法虽能一定程度提升酚类含量，但效率有限且易影响产品应用适应性。因此，开发高效、安全的生物加工技术以定向富集绿豆酚类物质成为产业关键需求。

固态发酵（Solid-State Fermentation, SSF）作为传统食品生物技术，因其工艺简单、污染抗性强和废水少等优势，被广泛应用于谷物功能成分转化。近期研究表明，黑曲霉（Aspergillus Niger）可通过分泌水解酶系（如纤维素酶、淀粉酶）解构植物细胞壁，释放结合态酚类，并调控苯丙氨酸解氨酶（PAL）等关键酶表达，促进酚类生物合成。然而，黑曲霉介导的SSF对绿豆酚类组成动态变化及代谢通路调控机制尚不明确。

为系统解析这一过程，黑龙江八一农垦大学食品学院王立东团队在《Food Chemistry: X》发表研究，通过整合化学计量学与非靶向代谢组学（Untargeted Metabolomics），揭示了黑曲霉固态发酵下绿豆酚类化合物的富集规律及抗氧化活性增强机制。

关键技术方法概述

研究以商品绿豆为原料，采用黑曲霉（CGMCC 3.3928）进行为期10天的固态发酵，定期取样（0、2、4、6、8、10天）。通过福林酚比色法和硝酸铝法分别测定总酚和总黄酮含量；采用DPPH·、ABTS⁺·清除实验和铁离子还原能力评估抗氧化活性；利用超高效液相色谱-傅里叶变换质谱（UHPLC-FTMS）进行非靶向代谢组学分析，结合主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）筛选差异酚类代谢物，并通过KEGG数据库注释代谢通路。

研究结果

3.1. 发酵过程中酚类物质含量变化

发酵显著提升了绿豆总酚和总黄酮含量（P?

3.2. 绿豆抗氧化能力变化

发酵组DPPH·清除能力（6.96 μmol VC/g）、ABTS⁺·清除能力（5.85 μmol VC/g）和铁离子还原力（57.75 μmol FeSO₄/g）均显著高于UFM组（P?2?=?0.905），总黄酮与ABTS⁺·清除能力关联最密切（R²?=?0.964）。

3.3. 代谢物PCA与PLS-DA分析

PCA模型（PC1+PC2累计贡献率78.1%）和PLS-DA（R²Y?=?0.392，Q²?=?-0.631）均显示不同发酵时期样本明显分离，QC样本聚集紧密，表明数据可靠性高。

3.4. 总代谢物注释信息

KEGG分类显示，样本中共注释到162个化合物（脂质52种、核酸22种）和224种植物次级代谢物（黄酮类71种、生物碱37种）；HMDB数据库注释到2455个代谢物，以有机酸衍生物（28.51%）和脂质分子（23.01%）为主。

3.5. 酚类代谢物鉴定与分类

共鉴定出96种酚类代谢物，包括黄酮类（53种）、酚酸（12种）、异黄酮（13种）等。发酵未产生新酚类，但原有化合物表达量显著变化。

3.6. 差异酚类代谢物分析

61种差异代谢物中，58种在发酵后上调。22种代谢物（如芹菜素、木犀草素-7-葡萄糖苷）随发酵时间持续富集，而20种代谢物（如夏佛塔苷、大豆苷元）在发酵第2天达峰后下降。发酵时间对特定酚类富集具有选择性。

3.7. 酚类代谢物与抗氧化能力相关性

28种代谢物（如木犀草素、槲皮素）与三项抗氧化指标显著正相关（P?

3.8. 差异代谢物富集通路

KEGG富集分析显示，差异酚类显著富集于黄酮类、异黄酮类、苯丙烷生物合成等11条通路（P?

结论与意义

本研究阐明黑曲霉固态发酵可通过水解酶释放结合态酚类、调控苯丙烷代谢关键酶基因表达，促进绿豆酚类化合物富集，并显著增强其抗氧化活性。发酵时间对特定酚类富集具有阶段性特征，为定向开发功能性绿豆发酵产品提供了工艺优化依据。未来结合转录组学深入解析分子机制，将进一步提升该技术的应用潜力。