乳酸发酵增强了菊苣副产品的抗氧化潜力，使其更适用于功能性食品领域

《Journal of Cleaner Production》：Lactic acid fermentation enhances antioxidant potential of chicory by-products for functional food applications

　　乳酸发酵可将 chicory by-products（如 Belgian endive peelings）转化为高抗氧化活性及肝保护功能的食品原料。研究筛选出 8 株乳酸菌（包括 2 株 endive 微生物群来源的 L. reuteri），发现 EPBU 发酵后与细胞共培养时，菌株 31c 的抗氧化活性提升达 17 倍，同时显著增强 HepG2 细胞对乙醇氧化应激的抵御能力。代谢组学证实发酵后氯ogenic 酸和 N-果糖基吡咯甲酸水平显著升高，且与细菌生长及 bioactivity 正相关。该成果为植物基废弃物的高值化利用提供了新策略。

　　### 芦笋残渣的可持续利用：乳酸发酵提升其抗氧化活性

在现代食品工业中，芦笋作为一种广泛种植的作物，其生产过程中会产生大量未被充分利用的副产品，这些副产品不仅富含多种生物活性成分，还具有潜在的健康益处。然而，这些残渣目前主要被用作牲畜饲料，部分则用于厌氧消化或有机肥料。这种利用方式虽然在一定程度上实现了资源的再利用，但其成本较高，且受到物流限制、卫生法规以及市场价值不足等因素的制约。因此，探索一种低成本、环境友好的策略，将这些残渣转化为高附加值的生物基原料，成为当前研究的重要方向。

本研究聚焦于通过乳酸发酵这一方法，提升芦笋残渣的生物活性，尤其是其抗氧化能力。乳酸发酵是一种自然的微生物代谢过程，能够将植物基质转化为具有更高营养价值和生物活性的产物。这一过程不仅有助于减少农业废弃物，还为开发功能性食品和营养补充剂提供了新的思路。通过筛选多种乳酸菌株，我们评估了不同残渣类型在发酵过程中的表现，并结合多种生物活性测试，识别出最具潜力的发酵基质和菌株组合。

### 芦笋的生物活性成分及其利用潜力

芦笋（*Cichorium intybus*）是多种植物残渣的重要来源，其中包含丰富的多酚类化合物，如绿原酸（CGA）和一些类芹菜素（STLs），这些成分已被证实具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤和保肝等作用。特别是绿原酸，因其结构中丰富的羟基，表现出强大的抗氧化能力，能够有效清除自由基，减轻氧化应激。然而，这些多酚类化合物在实际应用中存在一定的局限性，例如对温度、pH值、光照、硝酸盐水平以及化学修饰（如酯化、烷基化和羧化）敏感。因此，为了增强这些化合物的生物活性和生物可利用性，需要采取适当的生物转化方法。

在本研究中，我们选择了八种来自乳酸菌（LAB）的菌株，包括六种来自VF Bioscience菌株库的* Lactiplantibacillus plantarum*菌株，以及两种从比利时芦笋（Witloof chicory）微生物群中分离的* Lactobacillus reuteri*菌株。通过评估这些菌株在不同残渣基质上的生长能力和生物活性，我们发现比利时芦笋的外皮（EPBU）在发酵过程中表现出最佳的生物活性，尤其是在抗氧化和保肝方面。EPBU在发酵后，其抗氧化能力显著增强，能够有效减少细胞内的活性氧（ROS）水平，达到最高17倍的清除效果。这一结果表明，乳酸发酵可以显著提升芦笋残渣的生物活性，使其成为功能性食品和营养补充剂的优质原料。

### 乳酸菌株的筛选与发酵优化

在确定了最合适的残渣基质后，我们进一步筛选了不同的乳酸菌株，以优化发酵条件。实验中，我们使用了EPBU作为发酵基质，并在不同的初始菌液浓度、发酵时间和培养条件进行测试。最终，我们选择了三种菌株：* Lactiplantibacillus plantarum* 31c、46a和* Lactobacillus reuteri* RC16。这些菌株在发酵过程中表现出良好的生长能力和显著的生物活性，特别是31c菌株，其在提升抗氧化能力方面表现尤为突出。

发酵过程中，我们观察到菌株的生长情况与发酵基质的酸化程度密切相关。例如，在EPBU中，31c菌株诱导了最大的pH值下降，而RC16菌株则表现出较高的细胞密度。这些数据表明，不同菌株在发酵过程中对基质的适应性和代谢能力存在差异。通过这些实验，我们不仅能够评估菌株的生长性能，还能深入了解其对基质中生物活性成分的影响。这一过程对于确定最佳的发酵条件至关重要，同时也为后续的工业化生产提供了理论基础。

### 生物活性评估方法

为了全面评估发酵产物的生物活性，我们采用了多种方法，包括细胞活力测试、抗氧化活性测定以及保肝活性分析。细胞活力测试主要用于确认发酵产物对细胞的非毒性影响，确保其在后续实验中不会干扰细胞功能。抗氧化活性测定则通过DPPH和DCFH2-DA两种方法进行，其中DPPH方法适用于评估自由基清除能力，而DCFH2-DA方法则能够反映细胞内ROS的水平变化，从而提供更贴近生理条件的评估结果。

在保肝活性测试中，我们使用了HepG2细胞模型，模拟乙醇诱导的氧化应激环境。实验结果显示，EPBU发酵产物在保护HepG2细胞免受氧化损伤方面表现出显著效果。特别是当使用31c菌株进行发酵时，细胞存活率提高了约51.0%，表明该菌株在提升保肝活性方面具有显著优势。这些结果不仅验证了EPBU作为发酵基质的潜力，也展示了乳酸菌株在增强植物残渣生物活性方面的有效性。

### 发酵产物的分子特征分析

为了进一步了解发酵产物的分子特征，我们采用了代谢组学分析方法。通过超高效液相色谱-质谱联用技术（UHPLC-Dionex Ultimate 3000；Thermo Fisher Scientific），我们检测了发酵产物中的主要代谢物，包括绿原酸、香豆酸、异绿原酸和咖啡酸。这些多酚类化合物在发酵过程中表现出一定的稳定性，但其中绿原酸的浓度在发酵后显著增加，这可能与微生物转化或植物基质中该化合物的释放有关。

此外，我们还检测到N-果糖基吡咯烷酸（N-Fructosyl pyroglutamate）的浓度在发酵产物中显著升高。这一化合物可能与糖化反应的中间产物有关，其在发酵过程中的增加可能表明微生物活动对基质中其他化合物的转化或释放具有促进作用。这些分子特征的变化为理解发酵过程对生物活性成分的影响提供了重要线索。

### 发酵技术的优势与挑战

尽管实验室规模的发酵实验结果令人鼓舞，但在实际应用中，如何实现大规模生产仍然是一个关键挑战。乳酸发酵过程通常需要较长的处理时间（24-72小时），并且对微生物控制有较高要求。这些因素可能影响其工业应用的可行性。然而，与传统的提取技术相比，乳酸发酵具有独特的优势，例如可以增强益生菌和益生元活性，改善营养成分，并提高化合物的生物可利用性。这些特性使得发酵成为一种有潜力的生物转化策略，尤其是在追求功能性成分的领域。

此外，发酵过程还可以通过添加外部碳源和氮源（如葡萄糖或酵母提取物）进一步优化。例如，一些研究表明，添加这些外部营养物质可以显著提升菌株的生长能力和抗氧化活性。因此，在未来的发酵工艺优化中，探索合适的营养补充策略可能有助于提高产品的质量和产量。

### 未来研究方向与应用前景

本研究的结果不仅为芦笋残渣的可持续利用提供了科学依据，也为开发功能性食品和营养补充剂提供了新的思路。然而，要实现这一目标，还需要进一步的研究，包括优化发酵条件、评估发酵产物在消化过程中的生物可利用性，以及探索其潜在的益生元和益生菌效应。此外，还应考虑发酵产物的抗炎和抗菌活性，以全面挖掘其在功能性食品和医药领域的应用潜力。

在实际应用中，发酵技术的推广需要克服一些技术和经济上的障碍。例如，如何确保发酵过程的稳定性和可重复性，以及如何在大规模生产中降低成本，都是需要解决的问题。同时，与传统的提取技术相比，发酵可能需要更高的操作复杂性和更严格的微生物控制，这在工业化生产中是一个重要的考量因素。因此，未来的研究应关注如何在保持发酵优势的同时，提高其经济和技术可行性。

### 结论

综上所述，芦笋残渣作为一种富含多酚类化合物的植物基质，具有显著的抗氧化潜力。通过乳酸发酵，尤其是使用* Lactiplantibacillus plantarum* 31c菌株，我们成功提升了这些残渣的生物活性，使其在功能性食品和营养补充剂领域展现出广阔的应用前景。未来的研究应进一步优化发酵条件，评估发酵产物在消化过程中的生物可利用性，并探索其在健康促进方面的其他潜在功能。此外，还需要进行可行性研究，以确保这一技术能够在工业规模上得到广泛应用，为构建可持续的生物经济体系提供支持。