介电屏障放电（DBD）冷等离子体与十二烷基硫酸钠改性壳聚糖（SDSCS）的联合应用在Nam Dokmai芒果种子仁（NDMSKA）中增强了二聚乳酸的降解并降低了柠檬苦素含量；同时进行了非靶向代谢组学分析

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Combination of dielectric barrier discharge (DBD) cold plasma and sodium dodecyl sulfate modified chitosan (SDSCS) on dimerumic acid enhancement and citrinin reduction in Nam Dokmai mango seed kernel angkak (NDMSKA) and untargeted metabolomic analysis

本研究利用DBD等离子体处理与SDSCS改性壳聚糖结合，优化Nam Dokmai椰子核发酵工艺，显著降低黄曲霉毒素含量（减少81.51%），同时提升Monacolin K、二聚酸等有益代谢物浓度，并通过代谢组学与PCA分析揭示了关键代谢通路。

　　

Jutarat Wattanakul|Narissara Uthai|Duangsuree Sanseera|Putkrong Phanumong|Kitisart Kraboun

泰国曼谷Rajamangala技术大学家政技术学院食品科学与技术系，邮编10120

摘要

将介质阻挡放电（DBD）冷等离子体技术与十二烷基硫酸钠改性的壳聚糖（SDSCS）结合使用，可以增加Monascus代谢产物的产量，并在发酵过程中降低柑橘霉素的含量。在Nam Dokmai芒果籽仁发酵的第10天，对样品进行50 kV、8分钟的DBD等离子体处理后，Monascus purpureus的生长曲线发生了变化，包括一个潜伏期（第0-5天）、对数期（第5-10天）和死亡期（第10-20天）。在发酵第10天应用DBD等离子体处理后，无论是DBD处理还是SDSCS+DBD处理，样品的电导率和臭氧（O₃）水平都有所提高。经过10天的发酵后，SDSCS+DBD处理得到的样品中的糖分和氨基酸浓度低于其他处理组。因此，在发酵第20天时，SDSCS+DBD处理组的样品中单康醇K、二聚酸、GABA和酚类化合物的含量增加。此外，SDSCS处理可以将样品中的柑橘霉素含量降低至少81.51%。主成分分析（PCA）显示，PC1主要包含氨基酸、糖分、葡糖胺、β-葡聚糖和柑橘霉素；PC2则包含单康醇K、二聚酸、GABA、酚类化合物、O₃和电导率。通过使用京都基因与基因组百科全书（KEGG）和小型膜相关蛋白（SMP）对NDMSKA样品中的依赖变量进行通路富集分析，共识别出14条代谢通路。

引言

在angkak发酵过程中，Monascus菌株利用还原糖（尤其是葡萄糖和果糖）作为主要底物，生产重要的次级代谢产物，如色素、单康醇K、柑橘霉素、二聚酸和酚类化合物（Boasiako等人，2025；Kraboun等人，2013；Kraboun等人，2019；Uthai等人，2025）。白米因其营养成分（含74.19%的碳水化合物、10.07%的蛋白质、2.60%的脂肪、2.27%的纤维和1.43%的灰分）而成为Monascus发酵的传统底物，从而促进其生长（Kraboun等人，2019）。为了寻找替代高成本白米的底物，Nam Dokmai芒果（Mangifera indica L.）的籽仁是一个有趣的选择。Nam Dokmai芒果是泰国最受欢迎的热带水果，年出口量为112,047公吨，价值47亿泰铢（Chuacharoen & Sabliov，2022）。食用Nam Dokmai芒果后，其籽仁中含有大量的残留副产物，包括80%的多糖、10%的脂肪、8%的蛋白质和2%的灰分，同时含有比果肉更高的酚类化合物。每100克Nam Dokmai芒果籽仁中含有3.00克hesperidin、1.20克肉桂酸和0.98克单宁酸，以及少量的gallic酸、protocatechuic酸、p-coumaric酸和catechin酸（含量在0.008克到0.015克之间）。Nam Dokmai芒果籽仁的大分子组成与不含酚类化合物的白米相似。这些酚类化合物可能促进Monascus的生长及其次级代谢产物的产生。Phanumong等人（2024）的研究表明，使用单宁酸与碎米作为底物可以促进Monascus的生长，增强其色素、葡糖胺、单康醇K和脂肪酸的合成。Nam Dokmai芒果籽仁中的多种成分可能为Monascus提供有益的底物，从而产生与其他angkak产品不同的代谢产物特征。

冷等离子体（CP）是一种新型的非热技术，可提高多个领域的工艺效率，包括巴氏杀菌、灭菌、减少微生物交叉污染、食品废弃物利用、食品包装材料改性、食品生物技术和制药（Gupta & Routray，2025）。等离子体被认为是物质的第四态，由高能量下的气体电离产生。该技术能生成多种化学活性物质，如活性氧和氮物种（RONS）、电子、自由基、紫外线（UV）光子以及正负离子（Stanczyk & Wisniewski，2024）。此外，等离子体还能生成重要的化学物质：臭氧（O₃）、单线态氧（¹Δg O₂）、超氧阴离子（O₂^?）、羟基自由基（^oOH）、过氧化氢（H₂O₂）、羟基过氧化物（HOO^o）、一氧化氮（NO_o）、亚硝酸根离子（NO₃^?）、二氧化氮（NO₂）、一氧化二氮（N₂O）、五氧化二氮（N₂O₅）、氧杂氮化物（NO^?）和硝酸（HNO₃）（Bayati等人，2024）。这些活性物质可改变植物细胞和微生物（包括真菌和细菌）的细胞结构（Mehta等人，2022）。最近，CP被用于提取重要代谢产物和抗菌活性的研究。Yang等人（2025）发现，介质阻挡放电（DBD）等离子体处理可以促进米糠中酚类化合物的释放。Sheng等人（2023）表明，60秒的CP处理可以抑制玻璃片、聚丙烯薄膜、瓦楞纸和牛皮纸上的Staphylococcus aureus生长。因此，DBD等离子体处理可能提高angkak发酵的效率，加速Monascus代谢产物的释放，并改变其产生的生物活性化合物的性质，从而改善angkak的质量。

柑橘霉素是一种由Monascus菌株在发酵过程中产生的有害霉菌毒素，具有肾毒性、肝毒性和致癌性（Pechyen等人，2024；Phanumong等人，2024；Uthai等人，2025；Zhang等人，2021）。因此，在angkak发酵过程中降低柑橘霉素的含量至关重要。十二烷基硫酸钠改性的壳聚糖（SDSCS）由于其优异的霉菌毒素吸附性能，有望降低angkak中的柑橘霉素含量，这种性能源于壳聚糖的胺基团与十二烷基硫酸钠（SDS）的硫酸基团之间的三维多孔结构（Jafari等人，2024）。Jafari等人（2024）指出，SDSCS对黄曲霉素B1的吸附能力达到100%，优于其他生物吸附剂（如葡萄渣、杏仁壳、香蕉皮、纤维素和木质素）。主要的有机物质，如干酵母粉、葡甘露聚糖、纤维素、活性炭、壳聚糖、膨润土和沸石也表现出良好的霉菌毒素吸附效果（Avantaggiato等人，2014；Greco等人，2019；Kong等人，2014）。

DBD等离子体处理可能改变Monascus的菌丝特性，影响其代谢产物在angkak产品中的分泌。将SDSCS与Monascus底物结合使用可能有助于吸附柑橘霉素。因此，DBD处理与SDSCS的结合有望提高已知次级代谢产物的释放量，并调节angkak产品中的柑橘霉素含量。

在NDMSKA发酵过程中进行代谢组学和化学计量分析对于阐明初级代谢产物与次级代谢产物之间的关系至关重要，从而改进其富集分析。代谢组学是一种通过代谢产物分析来解析生物数据的强大工具，特别是通过预测初级和次级代谢产物的代谢途径及其变量重要性（VIP）。核磁共振（NMR）、气相色谱（GC）和液相色谱（LC）结合超高分辨率质谱（UHRMS）等科学工具被用于检测靶向和非靶向的生物活性化合物（Heiles，2021）。结合化学计量分析的代谢组学研究有助于理解影响代谢途径动态变化的依赖变量之间的相互作用（Noshad等人，2023）。化学计量分析的数据集通过多元统计方法获得，包括PCA、聚类分析、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）（Rohman & Ahmad Fadzillah，2021）。

本研究考察了在10天发酵过程中，NDMSKA样品在中间阶段接受50 kV、8分钟DBD等离子体处理的效果。对比了未经处理、SDSCS处理、DBD处理和SDSCS+DBD处理的样品在电导率、O₃浓度、葡糖胺含量、β-葡聚糖、pH值以及初级代谢产物（糖类、氨基酸、脂肪酸）和次级代谢产物（糖类、氨基酸、单康醇K、二聚酸、γ-氨基丁酸（GABA）、酚类化合物和柑橘霉素）方面的差异。

Nam Dokmai芒果籽仁的制备

从泰国Sukhothai一家专门生产干芒果酱的社区企业获取了成熟Nam Dokmai芒果（Mangifera indica L.）的籽仁，果实成熟大约在120天后。这些籽仁用自来水清洗后，在60°C的热风烘箱中干燥12小时，去除果皮，然后粉碎并重新在40°C的热风烘箱中干燥10小时，以降低水分含量。

Monascus purpureus的生长、β-葡聚糖、O₃水平及NDMSKA产品的pH值：未经处理、SDSCS处理、DBD处理和SDSCS+DBD处理组的结果

图2显示了在20天发酵期间，不同处理条件下（未经处理、SDSCS处理、DBD处理和SDSCS+DBD处理）Monascus purpureus的生长情况（以葡糖胺含量表示）和β-葡聚糖的含量。β-葡聚糖是一种由β (1→3)、β (1→4) 和 β (1→6) 糖苷键连接的多糖，常见于谷物（如燕麦和大麦）、真菌、酵母和某些细菌的细胞壁中。

结论

在NDMSKA发酵的第10天，样品接受了50 kV、8分钟的DBD等离子体处理。该处理影响了Monascus purpureus的生长曲线，包括潜伏期（第0-5天）、对数期（第5-10天）和死亡期（第10-20天）。未经DBD处理的样品生长曲线包括潜伏期（第0-5天）、对数期（第5-10天）、稳定期（第10-15天）和死亡期（第15-20天）。实验结果与预期有所不同。

CRediT作者贡献声明

Jutarat Wattanakul：撰写原始稿件、可视化处理、项目管理和方法设计、实验实施及数据分析。Narissara Uthai：撰写和编辑、原始稿件审阅。Duangsuree Sanseera：撰写原始稿件、方法设计及数据分析。Putkrong Phanumong：数据分析、数据管理及概念框架制定。Kitisart Kraboun：撰写和编辑、项目监督及资金筹集、概念构思。

未引用的参考文献

Ahamed, Seo, Eom and Yang, 2025

Zang et al., 2020

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益冲突或个人关系。