《Current Research in Food Science》：Multi-omics reveals microbial community characteristics and flavonoid biotransformation mechanisms during mung bean sour fermentation
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本研究针对绿豆酸发酵(MBS)过程中黄酮类化合物转化机制不明的问题，通过整合宏基因组学与代谢组学分析，揭示了Lactiplantibacillus等优势菌属与黄酮降解通路(ko00946)的强正相关性，明确了β-葡萄糖苷酶和α-鼠李糖苷酶在促进芹菜素等活性代谢物形成中的关键作用，为功能性发酵绿豆制品开发提供理论依据。
绿豆作为营养密集型作物，富含蛋白质、黄酮类化合物等多种生物活性成分，其发酵制品更是因其独特风味和健康益处而备受青睐。然而，在传统绿豆酸发酵过程中，微生物群落的动态演替规律及其对黄酮类化合物转化利用的具体机制，长期以来如同一个“黑箱”，制约着高品质功能性发酵绿豆产品的精准调控与开发。
以往的研究多依赖于16S rRNA测序等传统技术，分辨率有限，难以全面揭示微生物群落的真实构成，特别是低丰度物种的信息容易遗漏。同时，对于发酵过程中黄酮类化合物如牡荆素、异牡荆素等含量的动态变化及其转化途径，更是缺乏系统性的阐释。这些问题的存在，使得优化发酵工艺、提升产品营养价值面临挑战。
为了破解这一难题，发表在《Current Research in Food Science》上的这项研究，巧妙地运用了宏基因组学和代谢组学这两种强大的“组学”技术，如同为观察发酵过程配备了高倍显微镜和精密分析仪，对绿豆酸发酵全过程进行了细致入微的解析。
研究人员首先建立了绿豆酸发酵模型，分别在制备阶段（发酵12、36、60小时，记为H12、H36、H60）和连续扩大培养阶段（第6、12、18天，记为D6、D12、D18）采集样本。关键技术方法包括：利用Illumina NovaSeq 6000平台进行宏基因组测序，对微生物DNA进行高通量测序和生物信息学分析，包括基因预测、物种分类注释（基于NR数据库）和功能注释（基于KEGG数据库）；采用超高效液相色谱-质谱联用技术进行非靶向代谢组学分析，检测发酵过程中黄酮类化合物等代谢物的动态变化；使用商品化试剂盒测定α-鼠李糖苷酶和β-葡萄糖苷酶的活性；并运用多种统计方法（如ANOVA、PCoA、LEfSe、相关性分析）对数据进行处理和可视化。
3.1. 发酵过程中微生物群落的动态变化
通过宏基因组学分析，研究人员清晰地描绘了MBS发酵过程中微生物群落的演替图谱。α多样性分析（如Ace指数、Shannon指数）表明，微生物群落的丰富度在制备阶段（H12-H60）先增加后降低，在连续扩大培养后期（D18）趋于稳定。β多样性分析（PCoA）进一步显示，制备阶段不同时间点的微生物群落结构差异显著，而扩大培养阶段（D6-D18）的群落结构则高度相似，说明经过连续传代，微生物群落趋于稳定。
在门水平上，Bacillota（厚壁菌门）、Pseudomonadota（变形菌门）、Actinomycetota（放线菌门）和Streptophyta（链型植物门）是整个发酵过程中的优势菌门。属水平上，制备阶段优势菌属为Lactococcus（乳酸球菌属）和Leuconostoc（明串珠菌属），但它们对强酸环境耐受性较差，在扩大培养阶段其相对丰度显著下降。而Lactiplantibacillus（植物乳杆菌属）、Acetobacter（醋酸杆菌属）、Levilactobacillus（轻链乳酸菌属）、Furfurilactobacillus（糠麸乳酸菌属）以及Bifidobacterium（双歧杆菌属）等具有较强酸耐受性的菌属，在扩大培养阶段相对丰度显著增加并趋于稳定，成为后期的优势菌群。特别值得注意的是，条件致病菌属如Enterobacter（肠杆菌属）和有害菌属如Pseudomonas（假单胞菌属）的相对丰度在扩大培养后期显著降低，表明稳定的发酵环境有利于抑制有害菌生长。LEfSe分析进一步识别出不同发酵阶段的标志性微生物类群（生物标志物），如H12阶段的Pseudescherichia等潜在有害菌，H36阶段的Lactococcus和Leuconostoc，以及D18阶段的Bifidobacterium等有益菌，清晰地展示了群落结构的阶段性特征。
3.2. 代谢通路分析
通过对微生物基因功能进行KEGG注释，研究人员发现“次级代谢产物的生物合成”是发酵过程中相对丰度始终较高的功能类别。其中，黄酮降解通路（ko00946）的相对丰度在扩大培养阶段（D6-D18）显著增加。相关性分析显示，该通路与Bifidobacterium、Acetobacter、Levilactobacillus、Lactiplantibacillus等优势菌属呈显著正相关（r > 0.8, p < 0.05），而与Leuconostoc等菌属呈负相关。这提示这些优势菌群可能携带并高表达与黄酮降解相关的功能基因。
3.3. 黄酮类化合物相对丰度的变化
代谢组学分析结果验证了上述推测。在制备阶段，多数黄酮类化合物（如牡荆素、异牡荆素、异荭草素等）的相对丰度呈现先升后降的趋势，而芹菜素、柚皮素等含量则显著增加。在连续扩大培养阶段，牡荆素、异牡荆素、荭草素等关键黄酮苷的含量显著下降，而芹菜素的两种糖苷衍生物（芹菜素-7-O-β-D-芸香糖苷和芹菜素-7-O-(6"-O-乙酰基)葡萄糖苷）的相对丰度显著上升。
3.4. 黄酮类化合物转化的潜在机制
结合相关性分析和文献报道，研究人员构建了MBS中黄酮类化合物的潜在代谢通路网络。结果表明，优势菌群（如Lactiplantibacillus、Bifidobacterium）可能通过分泌丰富的β-葡萄糖苷酶(EC 3.2.1.21)和α-鼠李糖苷酶(EC 3.2.1.40)，催化黄酮苷类物质（如牡荆素、柚皮苷）的水解，生成相应的苷元（如芹菜素、柚皮素）。苷元可进一步被转化，例如柚皮素可经黄酮还原酶作用生成槲皮素和染料木素，或继续转化；而不稳定的异牡荆素则被降解为芹菜素。芹菜素进而被糖基化，形成更稳定、生物利用度更高的衍生物（如芹菜素-7-O-β-D-芸香糖苷）。酶活测定结果支持了这一机制，β-葡萄糖苷酶在整个发酵过程中保持较高活性，而α-鼠李糖苷酶的活性在发酵后期显著升高并稳定在一定水平。
综上所述，本研究通过多组学联用技术，系统揭示了绿豆酸发酵过程中微生物群落的演替规律及其对黄酮类化合物转化的驱动作用。研究结论表明，稳定的发酵群落以Lactiplantibacillus、Acetobacter、Bifidobacterium等为优势菌属，其携带的黄酮降解通路基因表达上调，通过分泌的关键酶（如β-葡萄糖苷酶、α-鼠李糖苷酶）将绿豆中原有的黄酮苷（如牡荆素、异牡荆素）转化为生物活性更高、更易被人体吸收的苷元（如芹菜素、柚皮素）及其糖苷衍生物。这一转化过程不仅解释了发酵后部分黄酮苷含量下降的原因，更重要的是揭示了微生物发酵在提升绿豆产品营养价值方面的巨大潜力。该研究为理解发酵食品中微生物与功能成分互作提供了新视角，为定向调控发酵过程、开发具有特定健康益处的功能性绿豆发酵产品奠定了坚实的理论基础。
