J. Future Foods | 利用毕赤酵母和魏斯氏乳酸菌单菌或混合菌发酵桑葚果汁的代谢物差异分析

健康   2024-09-04 17:25   北京  
点击上方蓝字关注我们
本文系Journal of Future Foods原创编译,欢迎分享,转载请授权。



Introduction



我国桑葚品种繁多,其分布在不同地区,大多数分布在南部和西南部地区。这些品种已被广泛研究。龙桑1号(Morus abla L. cv. Longsang 1)是我国黑龙江省栽培最多的桑葚品种,是大叶桑树之一,可作为药材和食品。

桑葚具有抗氧化、抗肿瘤、降糖、降脂作用。这些功能来自桑葚中的各种活性成分,如酚类化合物、多糖、有机酸和维生素。因此,认为桑葚是传统药物和功能性食品的一种有前景的来源。桑葚易腐,不宜贮运,通常市场上可获得的桑葚产品包括桑葚汁、桑葚酒、桑葚干果在这些产品中,发酵桑葚果汁不仅可以改善桑葚的保质期、风味和口感,还可以促进桑葚的健康益处。

发酵是一个复杂的微生物代谢过程,取决于使用的底物和发酵剂。酵母菌和乳酸菌是最常用的发酵剂,前者通常将糖转化为醇、酯和其他代谢产物,后者产生酸和酶,显著影响桑葚果汁的感官品质。当同时使用酵母菌和乳酸菌发酵时,对最终产物的风味和味道有协同效应,因为这些代谢产物可能会降低生物转化,形成新的产物,如酯和风味氨基酸。因此,阐明桑葚发酵过程中的生物转化机制具有重要意义。

黑龙江大学生命科学学院孙庆申教授、韩晓云副教授等通过液相色谱-质谱联用技术结合多元统计分析方法对毕赤酵母S1和魏斯氏乳酸菌L1单独或联合发酵桑葚果汁中的代谢成分进行探索,筛选差异代谢物,分析相关代谢途径,为桑葚发酵过程中有效成分的研究提供有效的研究策略。



Results



桑葚果汁的感官分析

由图1A可知,3 种发酵桑葚果汁(SLLS)与未接菌发酵果汁(Morus)在主成分分析(PCA)中得分不重叠。PC1PC2的贡献率分别为72.3%17.9%LLS果汁分布距离相近。为比较分析不同组的香气特征,将基于10 种不同传感器的4 组果汁的峰值响应强度绘制成雷达图。由图1B可知,不同发酵液对传感器的响应强度存在显著差异,特别是对芳香成分W2W、氢化物W6S的响应值在3 个发酵组中存在显著差异。

1  电子鼻PCA结果(A)和雷达图(B)
4 组果汁电子舌PCA发现,PC1PC2的贡献率分别为72.1%19.6%(图2A)。由图2B可知,Morus的苦味和苦味回味较强,而其余3 组发酵果汁对酸味、咸味、丰富性和鲜味的反应较强。

电子舌PCA结果(A)和雷达图(B)
桑葚果汁中活性成分的分析

Morus相比,LS果汁的花青素、总黄酮和总多酚含量分别提高13.34%43.75%9.4%P0.05)。LS果汁的活性物质含量差异不显著(P0.05),而LS果汁中多酚含量显著高于L果汁(P0.05);与此同时,魏斯氏乳酸菌单菌发酵可以使桑甚汁中花青素含量显著提高,多酚含量显著降低。

1  发酵前后桑葚中活性成分含量
桑葚发酵果汁的LC-MS代谢组学分析
根据每种差异代谢物的相对含量绘制聚类热图。由图3可知,,经L1发酵后,LMorus组果汁中有51 种代谢物存在显著差异,其中有机酸9 种、氨基酸2 种、酯类2 种、酚类4 种;此外,共筛选到123 种差异代谢物,其中4 种核酸、5 种多酚、2 种醇类和1 种酯类差异代谢物显著上调。同样,在LSMorus之间筛选出92 种差异代谢物,其中36 种上调。通过热图对比LSLS组的代谢物差异,发现LS发酵后槲皮素3-O-β-D-葡萄糖苷、花青素3-葡萄糖苷、葡萄糖1-磷酸、十六醇、S-乳糖谷胱甘肽、二氢叶酸、亮氨酸、天竺葵、十二烷酸、磷胆碱、尿苷等物质含量增加。LSL的代谢差异包括L-亮氨酸、N2-琥珀酸-L-精氨酸、2-酮谷氨酸、精氨酸、N-琥珀酰-L-瓜氨酸、L-苏氨酸;有机酸包括:胍基乙酸、胡椒酸、富马酸和甲基丙二酸在LS果汁中显著下调。S1发酵处理组香豆酸、木犀草素、花青素3-O-芦丁-5-O-β-D-葡萄糖苷、γ-氨基丁酸、没食子儿茶素、黄芩素等多酚类物质、壬酸、十二酸等有机酸含量上调。LS发酵促进槲皮素3-O-β-D-葡萄糖苷、花青素3-葡萄糖苷、亮氨酸和葡萄糖-1-磷酸的代谢。

3  发酵桑葚果汁中不同代谢物的聚类热图


Conclusion



本研究从感官分析、活性物质含量和代谢物差异等方面分析了4 组桑葚果汁发酵的差异。结果表明,与未处理发酵的桑葚相比,LS发酵提高了桑葚的芳香成分,降低了桑葚的苦味和苦味,提高了桑葚的总花青素、总黄酮和总多酚含量。桑葚发酵前后有10 类、111 种不同代谢产物,主要是酚类、有机酸类、氨基酸类、核苷酸类及其衍生物,涉及36 条关键代谢途径,多与氨基酸代谢和花青素代谢有关。初步判断,本研究获得的两种菌株混合发酵可能会影响氨基酸的生物合成、黄酮类和黄酮醇的合成、花青素的生物合成、柠檬酸循环等代谢途径。



第一作者简介

韩晓云,现任黑龙江大学生命科学学院生物工程系系主任,副教授,硕士生导师。2006年博士毕业于哈尔滨工业大学环境工程专业,黑龙江省分析测试协会理事、生物工程学会理事。目前研究方向为食品与药品生物活性物质挖掘与应用。参加完成国家自然科学基金项目项;主持完成黑龙江省省级、厅局级教改项目和科研项目6项;近5 年第一作者或通信作者发表学术论文10余篇,其中SCI 1区收录篇,授权专利项。

通信作者简介

孙庆申,黑龙江大学生命科学学院教授,博士生导师。黑龙江省E类高层次人才、第十二届黑龙江省青年科技奖获得者、黑龙江省科协优秀青年科技人才、黑龙江省食品科学技术学会常务理事、黑龙江省轻工业协会常务理事、黑龙江省人民政府食品安全专家委员会专家、黑龙江省服务中小微企业、助力百千万工程专家学者(高技能人才)库成员。主持国家青年科学基金项目、黑龙江省科技厅面上项目,黑龙江大学杰出青年基金项目、黑龙江省教育厅面上项目、黑龙江省科技攻关项目二级课题、黑龙江省博士后基金项目、黑龙江大学青年基金项目、黑龙江大学博士启动基金项目,同时参与了黑龙江省青年基金,黑龙江省教育厅指导项目的研究。培养硕士研究生70余名。公开发表论文100余篇,出版专著1 部,授权国家技术发明专利10 项,获黑龙江省青年科技奖等各类奖项10 项。


Differential analysis of metabolites from mulberry (Morus abla L. cv. Longsang 1) juices fermented with Pichia kudriavzevii and Weissella confusa alone or in combination


Xiaoyun Hana, Siqi Yua, Ying Liua, Yuting Taoa, Baochang Dub, Qingshen Suna*
aEngineering Research Center of Agricultural Microbiology Technology, Ministry of Education, Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Plant Genetic Engineering and Biological Fermentation Engineering for Cold Region, Key Laboratory of Microbiology, College of Heilongjiang Province, School of Life Sciences, Heilongjiang University, Harbin 150080, China
bGannan Forest Farm, Qiqihaer 162100, China


*Corresponding author.

Abstract

Mulberry is rich in bioactive substances, which might undergo biotransformation through microbial fermentation, and therefore show great prospect in improving the bioavailability of these substances. We studied the differential metabolites in mulberry juices fermented by Pichia kudriavzevii S1 and Weissella confusa L1 alone or in combination. The sensory analysis using electronic nose and electronic tongue showed that fermentation caused higher response value of aromatic components, reduced bitterness and bitter aftertaste of the juices. The differential metabolites of juices identified by non-targeted metabolomics showed that the contents of total anthocyanins, total flavonoids and total polyphenols in juices fermented by W. confusa and P. kudriavzevii increased by 13.34%, 43.75% and 9.40%, respectively. A total of 10 categories involving 111 kinds of key metabolites were identified in four different treatment groups. These metabolites were mostly involved in amino acid, flavonoid and anthocyanin metabolism pathways. This study might offer new pathways for improving the functional features of mulberry juices through microbial fermentation.


Reference:

HAN X Y, YU S Q, LIU Y, et al. Differential analysis of metabolites from mulberry (Morus abla L. cv. Longsang 1) juices fermented with Pichia kudriavzevii and Weissella confusa alone or in combination[J]. Journal of Future Foods, 2025, 5(2): 183-192. DOI:10.1016/j.jfutfo.2024.05.007.

或点击下方阅读原文查看文章


文章翻译由作者团队提供

编辑:龚艺;责任编辑:孙勇

封面图片来源:摄图网





往期精彩



J. Future Foods | 冰温贮藏对温州蜜柑采后品质的影响
J. Future Foods | 还原氧化石墨烯包裹硫化锰钴纳米颗粒:一种作为香兰素测定的高效电化学传感平台的纳米复合材料
J. Future Foods | 电子束辐照对采后冬枣品质特性的影响
J. Future Foods | 聚醋酸乙烯酯涂膜在延长柠檬果实货架期中的应用及毒理学研究
J. Future Foods | 综述:膜醭毕赤酵母在果实采后真菌病害防治中的应用
J. Future Foods | 云南食用花卉及其在未来食品中的潜力:民族学应用、化学和药理学研究
J. Future Foods | 微流控技术制备微凝胶对水产蛋白稳定性、抗氧化和免疫增强活性的影响
J. Future Foods | 假马齿苋与胡椒的化学成分分析及协同记忆增强作用
J. Future Foods | 食品中聚合物基包封材料的应用与进展
J. Future Foods | 漆树的植物化学和营养特性:开发功能性食品的潜在成分
J. Future Foods | 利用植物次生代谢产物的生物工程纳米颗粒及其在肺癌治疗中的应用

为进一步促进动物源食品科学的发展,带动产业的技术创新,更好地保障人类身体健康和提高生活品质,北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与陕西师范大学、新疆农业大学、浙江海洋大学、甘肃农业大学、大连民族大学、西北大学于20241014-15陕西西安共同举办“2024年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。

长按或微信扫码了解详情

为加强企业主导的产学研深度融合,促进食品科研成果转化和服务地方经济产业,由全国糖酒会主办,北京食品科学研究院、中国食品杂志社和中粮会展(北京)有限公司承办的食品科技成果交流会将于2024年10月29-31日糖酒会期间在深圳国际会展中心举办,以当前食品科技发展趋势和食品产业发展的重点科技需求为导向,针对食品产业发展面临的重大科技问题,交流和借鉴国外经验,为广大食品科研工作者和生产者提供新的思路,指明发展方向。


长按或微信扫码进行注册


会议招商招展
 联系人:杨红;电话:010-83152138;手机:13522179918(微信同号)


- 扫码关注我们 -

食品科学杂志
传播食品科学知识,促进食品科技交流,弘扬中国传统饮食文化,倡导健康安全饮食习惯。
 最新文章