通过协同发酵和配方处理，改善发酵谷物的理化性质及其体外抗炎潜力

《Food and Bioproducts Processing》：Improvement of physicochemical properties and in vitro anti-inflammatory potentials of fermented cereals through synergistic fermentation and formulations

协同发酵与香料整合可显著提升发酵谷物产品的pH值、总酸度及抗炎活性，其中以肉桂和丁香复合发酵的CCSLY1配方效果最佳，其膜稳定性与脂氧酶抑制活性IC50分别低至2653.93 μg/mL和1238.06 μg/mL，为开发功能性发酵谷物提供了新方向。

　　

致谢：Temilade Ozabor、Johnson Olaleye Oladele、Ebenezer Idowu Ajayi、Gbohunmi Ayomide Sholagbade、Oluwakemi Omolara Agoi、Ilesanmi Festus Fadahunsi

尼日利亚奥孙州奥索格博市奥孙州立大学微生物学系

摘要

协同发酵的概念及其应用为生产具有更佳健康益处的可持续食品提供了一种有价值的方法。本研究探讨了协同发酵与香料结合对发酵谷物pH值、可滴定酸度（TTA）以及体外抗炎性能的影响。pH值、TTA和抗炎活性均通过标准方法进行测定。结果表明，随着发酵时间的延长，pH值下降，同时TTA增加。CCSLY1、CCMLY2和CCSLY3样品的灰分、水分和蛋白质含量最高，分别为11.00%、12.40%和15.80%。发酵底物的抗炎活性（包括膜稳定性和脂氧合酶抑制活性）也显著增强（P < 0.05），且这种增强效果随浓度增加而增强。特别是CCSLY1（含有丁香和肉桂的发酵高粱）在100至1600 μg/mL的浓度范围内表现出最高的膜稳定性（9.32%至32.71%）和脂氧合酶抑制活性（13.71%至55.02%）。此外，CCSLY1在膜稳定性和脂氧合酶抑制活性方面的IC50值分别为2653.93 μg/mL和1238.06 μg/mL，低于其他发酵谷物样品。综上所述，协同发酵与香料的结合改善了发酵谷物的pH值、TTA和抗炎活性，使其成为具有潜在健康益处的功能性发酵食品。

引言

发酵食品几个世纪以来一直是人类饮食的重要组成部分，最早的发酵记录可追溯到约公元前7000年的中国新石器时代（Leeuwendaal等人，2022年）。发酵食品已传播到世界各地，占人类食物消费量的三分之一（Tamang等人，2016年）。近年来，发酵食品引起了全球关注，其目标不仅是带来新的风味和口感，还包括改善健康状况和延长保质期（Shah等人，2024年）。这些食品最初是古代食品加工中的传统工艺，现已发展成为食品科学和生物技术的成熟领域，展示了发酵如何将看似简单的原料转化为营养丰富且功能增强的食品。

“发酵”一词指的是微生物将谷物、豆类、块茎、水果等原料转化为新食品的过程（Yang等人，2022年）。在发酵过程中，微生物分解蛋白质和碳水化合物，释放出有益的化合物、肽和代谢物（Faria等人，2023年）。McHugh等人（2024年）指出，发酵过程中产生的代谢产物通常使食品更健康且保质期更长。参与食品发酵的微生物包括乳酸菌（Lactobacillus）、乳球菌（Lactococcus）、片球菌（Pediococcus）、念珠菌（Candida）、酿酒酵母（Saccharomyces）和隐球菌（Cryptococcus）等。值得注意的是，发酵技术在食品加工领域的重大发现之一是它能够制造出积极促进健康甚至治疗某些疾病的食品（Sheikha & Hu，2020年）。发酵还能为食品添加抗氧化剂和短链脂肪酸（SCFAs）等生物活性成分，这些成分有助于降低促炎细胞因子，保护细胞免受氧化损伤，并增强肠道微生物群（Kaur等人，2022年；Lin, Fan, Zhou, & Xie，2023年；McHugh等人，2024年；Shahbazi等人，2021年）。发酵过程中有机酸的积累会导致pH值下降，从而将蛋白质和碳水化合物分解为更小、更易消化的形式（Ibitoye，2023年）。根据?anlier等人（2017年）和Zhang等人（2024年）的研究，谷物发酵能提升发酵底物的营养价值、感官特性和功能性。

未来，食品协同作用的概念涉及将谷物与丁香和肉桂等精心挑选的香料结合，以增强健康效益（Olaniran等人，2024年）。文献还指出，这些香料富含丁香酚、槲皮素、肉桂醛等生物活性成分，这些成分有助于抑制NF-κB（炎症的生物标志物）的激活，清除自由基并稳定细胞膜（Paul等人，2023年；Rather等人，2024年）。因此，包含起始发酵和香料的协同方法不仅可提高食品的营养价值，还能增强健康效益（Paul等人，2023年）。此外，食品发酵生物技术的进步还使得针对特定目标设计起始菌株成为可能。例如，Banicod等人（2024年）和Wan等人（2025年）的研究表明，较高的起始菌株浓度可提高抗氧化活性和抗炎效果。

玉米和高粱在全球许多地区都是重要的食物来源，因其生长适应性强且营养价值高（Tanwar等人，2023年）。然而，它们作为功能性食品的潜力尚未得到充分开发。在谷物发酵过程中加入丁香和肉桂（用于制作尼日利亚常见的粥状食品ogi）为开发解决营养缺陷和慢性炎症问题的食品提供了创新方法。尽管有化学合成的抗氧化剂，但长期使用这些抗氧化剂可能带来器官损伤和动脉粥样硬化等健康问题，因此需要探索具有抗炎潜力的天然无毒抗氧化剂来源。因此，本研究旨在探讨不同浓度的乳酸菌（LAB）和酵母与丁香、肉桂结合对两种主要发酵谷物（高粱和玉米）的pH值、TTA和抗炎特性的影响，从而开发出兼具谷物营养价值和协同发酵优势的功能性食品。

材料与方法

本研究中用于控制发酵的乳酸菌（LAB）和酵母菌株是从自发发酵的谷物中分离得到的，Ozabor等人（2025年）此前已证明这些菌株具有羟甲基戊二酰（HMG-CoA）还原酶和血管紧张素转换酶（ACE）抑制活性，使其成为功能性食品发酵的理想起始菌株。

不同起始菌株比例对发酵底物物理化学参数（pH值和TTA）的影响

发酵谷物的结果见表2。发酵初期，pH值范围为5.10 ± 0.01至6.92 ± 0.01；随着发酵时间的延长，pH值逐渐下降，24小时时为4.21 ± 0.04至6.15 ± 0.01，72小时时为0.97 ± 0.02至2.96 ± 0.02。

表3显示了发酵谷物的TTA结果。

起始菌株发酵底物的pH值和TTA

所有样品在发酵过程中pH值的下降与LAB和酵母的代谢活动一致，这些微生物通过水解淀粉将碳水化合物转化为有机酸和二氧化碳（Ruiz-Rodrigues等人，2019年；Olojede等人，2020年）。这种酸化过程对保证食品安全和改善感官品质至关重要。特别是在48小时和74小时时记录的极低pH值进一步说明了这一点。

结论

根据研究结果，含有LAB和酵母的协同发酵结合丁香和肉桂显著促进了发酵过程，提高了可滴定酸度和营养成分，从而产生了微生物稳定的产品。所有起始发酵的谷物在浓度依赖性方面均优于对照组（别嘌醇和布洛芬）。

作者贡献声明

Temilade Ozabor：撰写初稿、数据可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、方法设计、实验设计、资金获取、数据分析、概念构建。Johnson Olaleye Oladele：审稿与编辑、数据可视化、验证、监督、软件使用、项目管理、方法设计、实验设计、数据分析、概念构建。Ebenezer Idowu Ajayi：审稿与编辑。

参与同意书

不适用。

出版同意书

不适用。

声明

本手稿的编写过程中未使用任何生成式AI辅助技术。

伦理批准

不适用。

资助

本研究得到了尼日利亚联邦政府高等教育信托基金（TETFund）通过奥孙州立大学的资助。

利益冲突声明

所有作者声明：我们致力于发表基于功能性酵母和乳酸菌发酵的谷物食品的研究成果，无论是否添加香料。目前尼日利亚正在开展关于功能性食品的研究，以促进心血管健康，因此本研究具有必要性。此外，本研究不存在利益冲突。

致谢

作者感谢奥孙州立大学和金斯大学Ode-Omu分校生物化学系的技术人员在本研究中的支持。