《Food Research International》：Characterising the functional potential of fermented blueberry juice and its impact on the gut microbiota in an ex-vivo colon model
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随着健康饮食需求增长，开发兼具营养与功能性的发酵食品成为研究热点。本研究旨在利用本地分离株Leuconostoc mesenteroides LM2和工业益生菌株Lactiplantibacillus plantarum LP09发酵蓝莓汁，系统评估其在改善抗氧化活性、细胞保护功能及调节肠道菌群方面的潜力，为开发新型功能性饮料提供科学依据。
在追求健康生活的当代，人们越来越青睐那些被称为“超级食物”的天然产品，蓝莓便是其中的佼佼者。它富含多酚、维生素和矿物质，被认为具有抗炎、抗氧化甚至潜在的抗癌益处。然而，新鲜蓝莓娇贵易腐，季节性强，储存期短，这大大限制了其广泛应用。有没有一种方法，既能保留甚至增强蓝莓的健康益处，又能延长其保存时间呢？古老的食品加工技术——发酵，提供了一个充满希望的答案。通过微生物的转化，发酵不仅能延长食品保质期，还能产生新的风味物质，并可能提高原有生物活性成分的利用度。特别是利用乳酸菌（LAB）进行发酵，在酸奶、泡菜等传统食品中已广泛应用。那么，用特定的乳酸菌来发酵蓝莓汁，会碰撞出怎样的火花？它是否能成为一种输送益生菌和活性成分的“双效”功能饮料？这正是发表在《Food Research International》上的一项研究所要探索的核心问题。
为了回答这些问题，研究人员运用了一套组合拳般的研究方法。他们首先进行了菌株发酵动力学研究，使用本地从蓝莓中分离的肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）VUCC R-037（简称LM2）和商业益生菌植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）LP09（DSM 25710）（简称LP09），以单一或混合（1:1和10:1比例）形式发酵商业蓝莓汁，并通过等温微量热法实时监测代谢活性。接着，他们利用高效液相色谱（HPLC）分析了发酵前后果汁中有机酸（如乳酸、乙酸）和糖分的变化，并通过化学测定（如DPPH、FRAP法）和细胞模型（MTT法、细胞色素c测定）评估了其抗氧化能力和细胞毒性。尤为关键的是，研究采用了创新的微基质（micro-Matrix?）体外远端结肠模型，以来源于7名健康志愿者粪便标准化接种物的混合样本模拟人体肠道环境，通过16S rRNA扩增子测序和流式细胞术结合的方法，探究了发酵蓝莓汁对复杂肠道菌群组成和特定细菌绝对丰度的具体影响。
3.1. 益生菌发酵蓝莓汁的生产
研究人员监控了两种菌株在蓝莓汁中的发酵情况。单独发酵时，LM2菌株表现出更强的产酸能力，最终pH降至4.86，这得益于其异型发酵代谢产生乙酸；而LP09菌株则达到更高的活菌数（约8 Log CFU/mL）。在混合发酵中，当LM2与LP09以10:1的比例接种时，LM2的作用更为凸显，实现了更强的酸化和更高的乙酸产量。微量热分析显示，LP09代谢更快、产热峰值更高，而LM2代谢较慢但持久，在共培养中二者显示出互补效应。所有菌株在4°C下储存28天后仍能保持约7 Log CFU/mL的活菌数，表明发酵蓝莓汁是益生菌的良好载体。
3.2. 发酵蓝莓汁的化学分析
通过HPLC分析发现，发酵消耗了果汁中的葡萄糖，而LM2菌株特有的嗜果糖特性使其在10:1比例共培养中显著消耗了果糖。在有机酸方面，柠檬酸含量稳定，乙酸由LM2专门产生，并在共培养中协同增加，而乳酸主要由LP09产生。10:1比例的混合发酵产生了最高浓度的乳酸和乙酸，从而达到了最低的pH值。
3.3. FBJ的抗氧化特性及酚类成分
抗氧化能力评估呈现菌株特异性。DPPH自由基清除实验表明，LM2发酵略微提升了抗氧化能力，而LP09发酵则降低了该能力。在10:1混合发酵中，抗氧化能力介于两者之间。FRAP（铁离子还原抗氧化能力）测定显示，LP09发酵的果汁还原能力略有增强。总酚含量（Folin-Ciocalteu法）在所有发酵样品中均略有下降，但LP09发酵样品保持了与未发酵果汁相近的水平，表明发酵可能改变了酚类物质的形态而非总量。
3.4. CaCo-2细胞的细胞毒性评估和体外氧化损伤
MTT实验表明，无论是未发酵还是发酵蓝莓汁，在测试浓度下对肠道上皮细胞CaCo-2均无细胞毒性。在由脂多糖（LPS）诱导的细胞屏障损伤模型中，蓝莓汁和发酵蓝莓汁均能恢复跨上皮电阻（TEER）值，显示出保护肠道屏障完整性的潜力。细胞色素c氧化实验进一步证明，发酵蓝莓汁在基础条件和过氧化氢（H2O2）诱导的氧化应激下，均表现出显著的抗氧化活性，尽管其活性略低于未发酵的商业蓝莓汁。
3.5. 体外远端结肠模型实验
这是本研究的关键环节，旨在评估发酵蓝莓汁对肠道菌群的直接影响。利用微基质体外结肠模型，研究人员发现了一个实验现象：所有样品（包括对照组）中克雷伯菌属（Klebsiella spp.）都异常大量生长，这为结果解读带来挑战，但也反映了体外模型的局限性。尽管如此，通过结合流式细胞计数（测定绝对菌数）和16S测序（测定相对丰度）计算绝对丰度，研究获得了更精确的洞察。一个重要的发现是：经过发酵蓝莓汁处理的样品中，产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）和大肠杆菌属（Escherichia spp.）的绝对数量显著减少，而在对照组中则无此变化。这表明发酵蓝莓汁可能对某些潜在有害细菌具有选择性抑制作用。
综合以上结果，本研究的结论与讨论部分强调了发酵蓝莓汁作为功能性食品的巨大潜力。研究表明，利用本地菌株LM2和益生菌LP09（以10:1比例）发酵蓝莓汁，能够优化发酵过程，产生有益的有机酸谱，并保留乃至一定程度上调控其抗氧化属性。更重要的是，该发酵产品安全无毒，能保护肠道细胞屏障，减轻氧化损伤。尽管体外结肠模型因克雷伯菌过度生长而存在局限性，但发酵蓝莓汁能选择性抑制产气荚膜梭菌和大肠杆菌属的发现，为其调节肠道菌群、抑制潜在病原体提供了初步证据。这提示发酵蓝莓汁可能通过其含有的生物活性物质和发酵产生的代谢物（如有机酸），共同作用于肠道微环境，促进菌群健康。
本研究的深远意义在于，它不仅仅是将一种水果进行简单发酵，而是通过精心挑选和组合具有特定功能的微生物（本地适应菌与专业益生菌），系统化地提升了一种天然产品的综合价值。它验证了发酵策略可以有效增强蓝莓汁的“功能密度”，使其同时成为益生菌的输送载体和益生元（活性成分）的来源，为开发下一代“靶向”肠道健康的功能性饮料提供了创新的思路和扎实的实验依据。当然，作者也指出，未来的研究需要进一步优化体外模型，并开展临床研究，以验证这些在实验室中观察到的有益效应是否能在人体内真实发生。
