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高原青稞经发芽-发酵处理后，其总酚、总黄酮和GABA含量在储存期间动态变化，14-21天抗氧化活性最佳，14天降血糖和降血脂效果显著，代谢组学分析显示氨基酸及黄酮类物质是关键活性成分，该工艺为功能性食品开发提供了新思路。
Jinghui Zhu | Hui Qin | Yu Zhang | Diru Liu
中国兰州大学公共卫生学院营养与健康系，兰州 730000
摘要
加工方法可以调节高原大麦中的生物活性成分，包括β-葡聚糖、多酚和γ-氨基丁酸（GABA），从而影响葡萄糖和脂质代谢的调节。本研究采用发芽-发酵策略：将高原大麦在25°C下发芽24小时，然后冷冻干燥、研磨，并与混合乳酸菌发酵剂在40°C下发酵5小时。在4°C条件下储存28天期间，动态监测了这些生物活性成分以及其体外抗氧化、降血糖和降脂活性。储存过程中，总酚、总黄酮和GABA的浓度分别达到峰值，分别为0.250 ± 0.01 mg/mL、0.220 ± 0.03 mg/mL和0.720 ± 0.08 mg/mL。最佳抗氧化效果出现在储存第14至21天（相当于维生素C的1.00–1.11倍），DPPH清除能力为98.5 ± 0.02%，铁还原抗氧化能力为1.13 ± 0.07 mmol/L。降血糖和降脂效果在储存第14天达到峰值，α-葡萄糖苷酶抑制能力为93.85 ± 0.93%，α-淀粉酶抑制率为87.28 ± 1.92%（相当于阿卡波糖的1.10–1.11倍）；降脂效果（相当于胆甾胺的1.05–1.13倍）表现为胆固醇酯酶抑制能力为89.11 ± 1.99%，胰脂肪酶抑制率为87.77 ± 2.4%，以及胆汁酸结合能力：牛磺胆酸为89.11 ± 1.99%，甘胆酸为88.46 ± 1.24%，胆酸为89.28 ± 1.49%。非靶向植物代谢组学分析发现，发芽过程诱导了氨基酸及其衍生物（如L-苯丙氨醇）和生物碱（如N-肉桂酰血清素）的增加，而黄酮类化合物（如菲拉汀）在储存过程中对生理活性有重要影响。因此，发芽-发酵技术展示了功能性食品开发的潜力。
引言
随着生活方式和饮食模式的持续变化，糖尿病已成为一个严重的全球公共卫生问题（Ogurtsova等人，2017年）。受影响的人数从2000年的1.15亿增加到2021年的5.37亿，预计到2045年将增至7.83亿（Hossain等人，2024年）。因此，预防和管理糖尿病需要全球的紧急关注。饮食干预作为一种安全且可持续的长期策略，在调节葡萄糖和脂质稳态方面具有重要意义（Khan等人，2019年；Li等人，2019年）。全谷物富含膳食纤维、酚类化合物和植物甾醇等生物活性成分（Mohsenzadeh-Ledari等人，2019年），因此受到了广泛关注。研究表明，较高的全谷物摄入量与慢性疾病（包括2型糖尿病和高脂血症）的发病率呈负相关（Damsgaard等人，2017年）。
高原大麦（Hordeum vulgare L. var. nudum Hook.f.），又称裸大麦，是一种原产于青藏高原的独特全谷物，其营养价值在于富含蛋白质和不饱和脂肪酸，以及多酚、β-葡聚糖和γ-氨基丁酸（GABA）等生物活性成分（Obadi等人，2021年）。研究发现，高原大麦中的大多数酚类化合物通过共价、酯键或醚键与细胞壁结合，这限制了它们的生物利用度（Xia等人，2022年）。为了解决这一问题，人们采用了热处理、发芽、盐胁迫、酶处理和微生物发酵等传统方法来释放谷物中的结合酚类物质（Xiao等人，2022年）。其中，发芽和发酵技术因其操作简便、能耗低和环保特性而备受关注。这些技术不仅显著提高了高原大麦的口感，还增强了其生物活性成分的转化、释放和生物利用度（Nkhata等人，2018年）。发芽过程显著提高了β-葡聚糖、总酚和总黄酮的含量，从而增强了其抗氧化能力（Guo等人，2018年）。发芽过程中，胚芽释放的赤霉素显著增强了这些生物活性成分的合成（Cho和Lim，2016年）。同时，乳酸菌（LAB）介导的发酵会分泌胞外酶和次级代谢产物，这些物质不仅水解谷物中的结合酚类物质，还促进了酚类物质的合成（Hur等人，2014年）。尽管这些技术各有优势，但发芽和发酵对高原大麦生物活性成分及生理活性的综合影响仍不明确。因此，本研究采用顺序发芽-发酵工艺处理高原大麦，并在储存28天期间动态监测了其生物活性成分及体外生理活性的变化。通过非靶向植物代谢组学技术鉴定了发酵液中的差异代谢物。本研究提出了一种针对全谷物的创新加工策略，以高原大麦为模型，为利用高原大麦开发具有抗氧化、降血糖和降脂作用的功能性食品提供了理论基础。
材料
高原大麦（Kunlun 17）购自青海省农业科学院（中国青海）。混合乳酸菌发酵剂VEGE 022（包含Streptococcus thermophilus、Lactobacillus deltogeni subspecies Bulgarian、Lactobacillus plantarum、Streptococcus acidophilus和Bifidobacterium lactis）购自Danisco A/S（丹麦哥本哈根）。分析级试剂如氢氧化钠、无水乙醇和苯酚由国药化学试剂有限公司提供。
储存过程中发酵液理化性质和生物活性成分的动态变化
图1A–D显示，GFBHB和FBHB在储存过程中pH值逐渐降低，可滴定酸度逐渐升高。最终pH值分别为3.14 ± 0.044（GFBHB）和3.26 ± 0.015（FBHB），相应的酸度分别为137.8 ± 4.83 °T和119.5 ± 5.22 °T。两组样品的溶解固体含量在最初14天内增加，随后稳定在9.48 ± 0.08%（GFBHB）和6.82 ± 0.12%（FBHB），直至第28天。值得注意的是，GFBHB的溶解固体含量始终显著高于FBHB。
结论
发芽和发酵的联合处理显著增强了高原大麦中的生物活性成分，如总酚（TP）、总黄酮（TF）和GABA。在28天的储存期间，GFBHB中的TP和TF含量逐渐增加，GABA在储存第21天达到峰值。相应的，GFBHB在储存第14和21天的体外抗氧化效果最佳，达到维生素C的1.00–1.11倍。
CRediT作者贡献声明
Diru Liu：撰写 – 审稿与编辑、项目监督、方法学设计、资金筹集、概念构思。Jinghui Zhu：撰写 – 初稿撰写、数据可视化、正式分析、数据管理。Yu Zhang：撰写 – 审稿与编辑、项目监督、资金筹集。Hui Qin：撰写 – 初稿撰写、数据可视化、正式分析、数据管理。
未引用的参考文献
Himi, 2025; Peanparkdee和Iwamoto, 2019.
致谢
本研究得到了国家营养科学研究基金（CNS-NNSRG2022-141）和中央高校基本研究基金（lzujbky-2023-33）的支持。
