《Food Chemistry: X》：Mechanistic elucidation of
Rhizopus stolonifer-fermented orange peel in enhancing
Saccharomyces cerevisiae growth and multi-stress tolerance: process optimization, metabolomics, and pathway analysis
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本研究针对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)在工业发酵中面临的高乙醇浓度、低pH及高温胁迫问题，通过优化黑根霉(Rhizopus stolonifer)发酵橘皮(OP)工艺，获得富含黄酮类化合物的发酵橘皮(FOP)。研究发现FOP可显著提升酵母在20%乙醇、pH 2.8及40℃条件下的存活率，并促进15 L发酵罐中的糖消耗和乙醇产量。代谢组学揭示FOP中橙皮苷(hesperidin)、芦丁(rutin)等成分通过调节氧化应激和能量代谢增强酵母耐受性，为柑橘加工副产物高值化利用和生物燃料生产提供了新策略。
在追求绿色能源的时代，生物乙醇作为化石燃料的重要替代品，其生产效率直接影响着可持续发展进程。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)作为乙醇发酵的“主力军”，却在工业发酵罐中遭遇严峻挑战：高浓度乙醇会破坏细胞膜结构，酸性环境抑制酶活性，高温导致蛋白质变性——这些胁迫条件犹如一道道关卡，严重制约酵母的发酵能力。传统解决方案如菌种选育或基因工程虽有效，但存在成本高、周期长等局限。能否通过天然添加剂提升酵母的“抗压能力”？我国研究人员将目光投向了柑橘加工的副产品——橘皮(Orange Peel, OP)。
橘皮富含黄酮类化合物等活性成分，但天然形式下其生物利用率有限。研究团队创新性地利用黑根霉(Rhizopus stolonifer)对橘皮进行固态发酵，通过工艺优化获得发酵橘皮(Fermented Orange Peel, FOP)，并系统解析了其对酵母多重胁迫耐受性的增强机制。这项发表于《Food Chemistry: X》的研究，为农业副产物资源化利用和工业发酵增效提供了新思路。
关键技术方法
研究采用单因素实验与响应面法(Response Surface Methodology, RSM)优化FOP发酵工艺；通过非靶向代谢组学分析OP与FOP的成分差异；利用细胞计数和发酵性能测定评估酵母生长与胁迫耐受性；在15 L发酵罐中验证FOP对乙醇产量的提升效果。
3.1 优化FOP生产
通过单因素实验确定最佳发酵参数（氮源为0.3%磷酸二氢铵、发酵时间8天、接种量4%等），再经RSM优化得到最终条件：水分含量50%、发酵7天、氮源添加量0.35%。此时FOP总黄酮含量达15.74 mg/g DW，较未发酵OP（9.85 mg/g DW）显著提升（p<0.05），表明黑根霉发酵有效释放了结合态黄酮。
3.2 FOP与OP对酵母生长及胁迫耐受性的影响
在YPD培养基中添加2 g/L FOP或OP后，FOP组酵母在2–4 h内的比生长速率(μ)为对照组的3.09倍（p<0.001）。胁迫实验显示：40℃处理24 h后，FOP组活菌数达4.32×108cells/mL，高于OP组（3.08×108）和对照组（2.35×108）；在20%乙醇中，FOP组活菌数较对照组提高4.23倍；在pH 2.8条件下，FOP组存活率为对照组的3.02倍。证明FOP能协同增强酵母的热、酸及乙醇耐受性。
3.3 FOP的非靶向代谢组学分析
代谢组学检测到FOP中1299种代谢物（OP为1045种），其中49种差异成分（VIP≥1, FC≥2, p<0.05）。关键富集成分为黄酮类（如橙皮苷、新橙皮苷、芦丁）和糖类（L-阿拉伯糖、D-甘露糖醛酸）。橙皮苷在FOP中相对含量达16.06%（OP为3.33%），其代谢产物可通过清除活性氧(ROS)、调节AMPK通路及增强膜稳定性缓解氧化应激；芦丁则可能通过激活热休克蛋白(HSPs)和促进海藻糖积累提升耐热性。
3.4 酒精发酵实验结果
在15 L发酵罐中，FOP组至72 h时残糖量降至20.26 g/L，较对照组（46.41 g/L）降低56.3%；乙醇产量达83.10 g/L，较对照组（72.60 g/L）提高14.46%。表明FOP通过促进糖利用和代谢活力显著提升发酵效率。
结论与意义
本研究通过黑根霉发酵技术将橘皮转化为高活性FOP，其富含的黄酮类物质通过多靶点机制（抗氧化、能量代谢调节、应激通路激活）显著增强酿酒酵母的工业适应性。该策略不仅为柑橘加工副产物开辟了高值化路径，更为生物燃料产业提供了一种低成本、可持续的发酵增强方案。未来研究可聚焦FOP活性成分的稳定性及其与其他天然添加剂的协同效应。
