富硒酸乳球菌MRS-7：增强抗真菌和抗氧化特性及代谢特征分析

《Journal of Future Foods》：Selenium-Enriched Pediococcus acidilactici MRS-7: Enhanced Antifungal and Antioxidant Properties and Metabolic Profiling

　　硒强化乳酸菌Pediococcus acidilactici MRS-7的研究显示，2 μg/mL硒酸钠显著增强其对抗霉菌Penicillium expansum的抑制作用，14 μg/mL时抗氧化能力最佳，并诱导产生1-羧基莴苣素、辛醇等5种挥发性物质。代谢组学分析揭示氨基酸和蛋白质代谢通路被显著调控，涉及13种氨基酸变化及糖代谢相关物质。研究为功能性硒强化益生菌开发奠定理论基础。

　　
该研究系统探讨了硒对乳酸菌Pediococcus acidilactici MRS-7功能特性的调控机制。实验采用浓度为2、8、14、20 μg/mL的亚硒酸钠处理该菌株，通过体外抗菌活性测试、抗氧化能力评估、挥发性化合物分析以及代谢组学方法，揭示了硒元素对其生理功能及代谢产物的多重影响。

在抗菌活性方面，当硒浓度达到2 μg/mL时，处理菌株MRS-7-2对霉菌孢子（Penicillium expansum LPH10）的抑制效果显著优于对照组（减少0.19 CFU/mL），且随硒浓度增加，抑菌圈直径持续扩大。以14 μg/mL处理组为例，对大肠杆菌（E. coli 366-a）的抑菌效果提升至20.3±0.3 cm，较未处理组增强30.2%。特别值得注意的是，处理后的菌株合成纳米硒颗粒，其表面包被结构可能通过物理阻隔和电荷排斥机制增强对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和阴性菌（如大肠杆菌）的抑制效果。

抗氧化能力测试显示，当硒浓度达到8 μg/mL时，ABTS自由基清除率达到59.62%，在14 μg/mL处理组达到峰值65.59%。与DPPH清除率趋势相反，ABTS清除率在更高硒浓度（20 μg/mL）时出现下降，这可能与自由基类型差异及抗氧化酶系统的选择性激活有关。研究推测，硒可能通过激活谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白还原酶等抗氧化酶，特异性增强ABTS自由基清除能力。

挥发性代谢产物分析发现，硒处理显著改变菌株的芳香特征。通过气相色谱-离子迁移谱联用技术（GC-IMS）鉴定出五种特征挥发性物质：莰酮（1-carvone）、正辛醇（octan-1-ol）、β- myrcene、苯乙醛（benzene acetaldehyde）和苯甲醛（benzaldehyde）。其中，苯乙醛和苯甲醛的生成量在8和14 μg/mL处理组达到峰值，其香气特征分别表现为核果样甜香和樱桃-杏仁复合香气。这些挥发性物质在发酵液中的浓度占比虽仅14.29%，但能有效改善产品的感官品质，形成独特的层次化香气谱系。

代谢组学分析揭示了硒处理对氨基酸代谢和能量代谢的深度调控。在氨基酸代谢方面，硒处理导致天冬氨酸半醛、丝氨酸、赖氨酸等前体代谢物浓度下降，而苯丙氨酸、苏氨酸等下游代谢物积累增加。值得注意的是，D-丙氨酸-D-丙氨酸（D-Ala-D-Ala）的合成量在2 μg/mL处理组达到最高，这与该浓度下抑菌活性最强相吻合。这一代谢产物的积累可能通过激活肽聚糖合成途径增强细胞壁完整性，从而提升抗菌活性。

代谢通路的系统分析显示，硒处理主要影响以下关键代谢网络：
1. **氨基酸代谢**：调控涉及赖氨酸、苏氨酸、天冬氨酸的合成与分解通路，可能与硒参与三羧酸循环中琥珀酰辅酶A的活化有关。
2. **能量代谢**：五碳糖代谢途径（Ribulose-5-phosphate pathway）关键节点物质如木酮糖-5-磷酸的浓度上升，表明硒可能通过增强磷酸戊糖途径支持生物膜形成。
3. **细胞壁合成**：N-乙酰胞壁酸（N-Acetylglucosamine）和肽聚糖前体物质（D-Ala-D-Ala）的浓度变化提示硒可能通过调节细胞壁合成酶活性影响抑菌机制。

挥发性代谢物产生的分子机制值得深入探索。GC-IMS分析表明，硒处理可能通过激活GSH合成通路（谷胱甘肽-过氧化物酶活性增强），促进脂质过氧化产物的代谢，从而释放更多挥发性前体物质。值得注意的是，苯甲醛等挥发性物质的合成与苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性增强存在潜在关联，而该酶已被证实参与植物挥发性物质的生物合成。

该研究为功能性益生菌开发提供了重要理论支撑。通过优化硒源（如亚硒酸钠浓度）和发酵工艺（如厌氧培养时间），可在保持原有香气特征（如正辛醇、β- myrcene）的基础上，定向调控目标代谢物（如苯乙醛）的合成。此外，硒纳米颗粒的合成机制（有机硒转化效率达86%）为开发具有多重功能（抗菌、抗氧化、营养强化）的益生菌提供了新思路。

未来研究应着重揭示硒-蛋白互作机制，特别是硒代半胱氨酸（selenocysteine）在关键酶（如D-丙氨酸-D-丙氨酸转氨酶）中的功能。此外，需建立硒代谢通量模型，解析不同浓度处理下碳氮代谢的动态平衡。在应用层面，建议开展硒生物利用度实验，结合宏基因组学分析，评估硒在发酵过程中向宿主细胞的转移效率，为工业化生产提供可靠数据支撑。