《Foods》：Assessing the Impact of Social and Psychological Factors on Consumers’ Willingness to Pay for Low-Carbon Beef: Evidence from Urban China
Jiajie Li,
Yingying Lin and
Xinyu Bai
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本文综述了微生物发酵重塑乳制品功能成分的作用机制，包括发酵诱导的蛋白水解生成生物活性肽、代谢物组成变化调节活性氧（ROS）稳态，以及有机酸、脂肪酸等低分子量代谢物的重塑。综述强调了需结合化学分析（如ABTS、DPPH、FRAP）与细胞、动物模型等多层次证据，以全面理解发酵乳制品的抗氧化功能。
微生物发酵重塑乳制品：从分子机制到健康功能
引言
氧化应激是糖尿病、癌症和心血管疾病等慢性病的主要诱因之一。随着这一概念的普及，具有抗氧化功能的食物作为调节过度氧化应激、维持机体氧化还原稳态的膳食策略，其重要性日益凸显。微生物发酵作为一个关键过程，通过微生物相关的酶系统重塑食物基质中功能成分的化学结构，从而改变其整体的抗氧化谱并可能提高生物利用度。
乳制品中的微生物发酵
发酵乳制品的化学组成、理化性质和功能特征由所涉及的微生物组成决定，这是一个由微生物群落驱动的复杂过程。不同的发酵体系展现出独特的微生物演替和代谢相互作用。
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酸奶发酵 是嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）和德氏乳杆菌保加利亚亚种（Lactobacillus delbrueckiisubsp. bulgaricus）共生关系的代表。在发酵早期，嗜热链球菌利用乳糖产酸，降低pH值，为德氏乳杆菌保加利亚亚种的生长创造有利环境。后者蛋白水解活性增强，释放的氨基酸和肽类又为包括嗜热链球菌在内的发酵微生物提供氮源，这种代谢互作驱动了特征性凝胶结构和代谢物组成的形成。
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奶酪发酵 是一个微生物群落随时间更替的典型过程。发酵初期，发酵剂乳酸菌主导产酸和凝乳。在成熟阶段，对酸和高盐条件相对敏感的发酵剂菌株数量减少，而非发酵剂乳酸菌如Lacticaseibacillus casei群成为优势菌。这种转变意味着发酵机制从以乳糖代谢为中心转向以蛋白质和脂肪降解为中心，产生肽、游离氨基酸和脂肪酸等低分子代谢物，塑造了奶酪的风味和质地。
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开菲尔发酵 构成了一个乳酸菌和酵母共存的复杂微生物生态系统，如图2所示，其代谢多样性远高于单一乳酸菌发酵。在发酵早期，以Lactococcus lactis等为主的乳酸菌群利用乳糖产酸。同时，早期微生物群落的蛋白酶活性启动蛋白水解，产生的游离氨基酸和肽类池支持后续微生物如Leuconostoc mesenteroides的生长代谢。发酵后期，Acetobacterspp.可能利用前期产生的天冬氨酸、脯氨酸、γ-氨基丁酸（GABA）等代谢物生长。在整个过程中，β-酪蛋白源生物活性肽（如AVPYPQR, LVYPFPGPIPN, EMPFPK）被选择性释放，与血管紧张素转换酶（ACE）抑制等功能相关。
发酵过程中乳制品抗氧化及功能特性的变化：聚焦肽类
发酵乳制品抗氧化能力和功能特性的变化差异很大，取决于乳品基质类型、所用微生物和分析方法。
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酸奶发酵与抗氧化相关效应 在各种动物模型中显示出对系统氧化应激的协同缓解作用。在高脂饮食（HFD）或链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病模型中，酸奶补充能显著降低丙二醛（MDA）等氧化损伤标志物，并部分恢复谷胱甘肽（GSH）水平，表明其可能通过减少氧化损伤和增强内源性抗氧化能力的双重作用模式促进系统氧化还原稳态。
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混合培养发酵乳的代谢改变 驱动了肽和代谢物水平的协同重塑。开菲尔发酵的一个特征是微生物蛋白水解产生β-酪蛋白源磷酸肽，这些肽富含典型的钙结合基序。分子量<10 kDa的肽级分表现出更高的铁离子还原抗氧化能力（FRAP）和乙酰胆碱酯酶抑制能力。在阿尔茨海默病果蝇模型中，该级分处理改善了攀爬能力，并减少了β-淀粉样蛋白含量和神经变性指标。对马奶酒（koumiss）的非靶向代谢组学分析显示，发酵与丙酮酸、GABA和乙酰乙酸水平的升高相关，途径富集突出了氨基酸代谢的增强和氧化还原相关代谢途径的重组。
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使用特定菌株的益生菌发酵乳制品的代谢改变 研究表明，使用植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）T1或CSK发酵的牛奶对ABTS、DPPH和羟基自由基的清除活性增加。非靶向代谢组学鉴定出大量代谢物，主要为脂质和类脂分子、有机酸及其衍生物。菌株间的表型差异反映在独特的代谢物谱中。胞外多糖（EPS）的生物合成与碳水化合物利用和糖代谢通量直接相关，其积累与自由基清除和抗氧化活性有关。对副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）和青春双歧杆菌（Bifidobacterium adolescentis）发酵过程的代谢组学追踪发现，代谢物组成在发酵早期（0-36小时）变化最为显著，GABA水平持续升高，琥珀酸显著上调，而富马酸减少，这些变化与TCA循环、谷氨酸/GABA相关代谢等途径层面的重组相关。
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发酵乳制品中肽的抗氧化性与生物活性 在各种发酵乳基质中，通过微生物蛋白水解产生的肽类始终被报道，并常与抗氧化和抗炎功能相关。一个反复出现的模式是β-酪蛋白源低分子量肽的选择性积累。在开菲尔中，β-酪蛋白的序列覆盖率低于50%，表明观察到的肽谱更应解释为“选择性积累”的肽集合，而非完全蛋白水解的终产物。在槟郎江水牛发酵乳中，鉴定出一个新型肽GG13，在脂多糖（LPS）刺激的RAW264.7巨噬细胞模型中，能浓度依赖性地抑制一氧化氮（NO）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的分泌，并下调包括STAT1、iNOS（NOS2）、COX2在内的炎症相关蛋白。在奶酪中也反复检测到β-酪蛋白源抗氧化肽。这些肽通常含有与自由基清除潜力相关的氨基酸残基，为抗氧化机制提供了序列层面的合理性。
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不同发酵系统的比较模式与证据强度 由于底物、发酵剂组成和发酵条件不同，研究间难以进行定量比较。在相同测定中有限比较显示，发酵策略（如混合培养与单一培养、发酵时间温度）可能对抗氧化增益产生与发酵剂组成同样强烈的影响。体内研究在模型、持续时间和报告方面异质性更大，限制了效应大小的比较。此外，测定方法的选择限制了结果的解读，因为FRAP、DPPH/ABTS和ORAC捕获不同的机制。因此，尽管有菌株依赖性协同作用的迹象，但仍需在控制底物和发酵参数的标准化头对头研究中，并行应用多种测定方法。
发酵乳制品的抗氧化能力
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化学抗氧化能力 通常通过体外化学测定法评估，如ABTS、DPPH、羟基自由基清除活性和FRAP。ABTS测定通过监测ABTS自由基阳离子在734 nm处吸光度的降低来反映由电子和/或氢原子驱动的自由基清除。DPPH测定基于抗氧化化合物通过接受电子或氢原子中和稳定的紫色自由基，伴随颜色变为黄色。FRAP测定基于抗氧化剂介导的Fe3+到Fe2+的化学反应量化还原能力。这些测定捕获了抗氧化作用的不同机制维度，因此整合多种互补指标比依赖单一体外终点更能全面解读发酵乳制品的抗氧化特性。需注意，这些体外测定与体内条件在反应环境和自由基目标上存在显著差异，其生物学相关性有限。
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细胞抗氧化效应 近期研究通过细胞模型间接验证发酵乳成分的细胞抗氧化潜力，例如在LPS刺激的RAW264.7巨噬细胞中，以活性氧（ROS）或一氧化氮（NO）产生的减少作为读数。微生物发酵通过微生物特异性蛋白水解系统选择性释放乳蛋白中加密的肽，这些肽通常在序列多样性和生物活性方面表现出比简单酶水解产物更广泛的功能潜力。发酵过程中形成的肽不仅仅是乳蛋白的随机降解产物，而是反映了发酵诱导的蛋白质结构改变和选择性肽持久性。pH值的改变调节蛋白质结构状态、电荷分布和氢键结合能力，从而调控与小分子的结合亲和力和稳定性。有机酸不一定是强效的自由基清除剂，但在特定条件下，它们可能通过与不含酚的抗氧化化合物产生协同相互作用来增强抗氧化作用。
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体内生物学相关性 在动物模型中，通过测量硫代巴比妥酸反应物（TBARS）来评估氧化损伤。同时，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和谷胱甘肽（GSH）等内源性抗氧化防御系统的变化常作为抗氧化状态的生物标志物进行评估。SOD通过催化超氧阴离子（O2•?）转化为过氧化氢（H2O2）和氧气而发挥抗氧化酶作用。CAT将过氧化氢分解为水和氧气。GSH是核心的内源性抗氧化剂，通过维持细胞内氧化还原稳态和直接清除活性氧来保护细胞。调节这些内源性抗氧化防御为解释发酵乳超越体外自由基清除能力的抗氧化效应提供了依据。当TBARS或MDA等氧化损伤指标与内源性抗氧化防御生物标志物一同呈现时，氧化损伤减少与防御系统恢复之间的联系变得更加明确，从而增强了功能声称的生物学合理性。
然而，发酵乳制品的抗氧化功能不能仅基于化学自由基清除测定来充分解读。ABTS、DPPH和FRAP等体外测定基于人工的、非生理相关的自由基，且没有单一方法能完全描述体内发生的氧化反应。在乳品基质中，氧化反应受多种物理化学因素影响。因此，当通过一个综合框架来解读时，可以更可靠地评估发酵乳制品的抗氧化能力，该框架需考虑化学水平的电子和氢原子供给特性、细胞水平的ROS和NO产生及氧化还原稳态变化，以及生物体水平的脂质过氧化损伤指标（TBARS/MDA）和内源性抗氧化防御系统的调节。
发酵乳制品的健康有益效应
发酵乳制品的有益作用可归类为代谢疾病相关功能、炎症调节、抗癌活性和抗色素沉着过度效应。
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代谢疾病相关功能 摄入发酵乳可减少促炎细胞因子并重塑肠道微生物群组成，从而缓解炎症-氧化应激轴。在诱导结直肠肿瘤形成的大鼠模型中，开菲尔摄入显著减少了肿瘤数量，并伴随白细胞介素-1β（IL-1β）、IL-6、TNF-α和NO等关键炎症介质水平的降低。使用产胞外多糖菌株植物乳杆菌DPA1C生产的功能性酸奶显示出α-葡萄糖苷酶抑制活性及对肠道菌群组成的调节。
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炎症调节 发酵过程中产生的生物活性肽可通过特定生理机制发挥功能，如血压调节和炎症信号控制。发酵过程中产生的低分子量肽可以作用于血压调节中涉及的特定靶酶。L. helveticus和 L. delbrueckiisubsp. bulgaricus等菌株在牛奶发酵过程中产生的血管紧张素转换酶抑制肽，其产量和活性因发酵剂菌株和乳蛋白组成而异。来自乳杆菌发酵乳的脂肪酸级分在LPS刺激的RAW264.7细胞中降低了TNF-α和IL-6水平，同时增加了IL-10的分泌。驴奶发酵增加了抗炎肽，其中低于3 kDa的肽占主导，这暗示了其改善的生物利用度。
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抗癌活性 研究表明，源自奶酪的乳杆菌菌株可通过基于蛋白质的分泌因子发挥选择性抗癌作用。从传统奶酪中分离的Limosilactobacillus fermentumC9和植物乳杆菌C47以剂量和时间依赖性方式抑制口腔癌细胞的增殖，细胞凋亡被确定为主要的细胞死亡模式。特别是观察到SMAC表达增加和SURVIVIN表达减少，表明抗癌作用与调节凋亡相关信号有关。源自奶酪的植物乳杆菌Y33菌株的蛋白质基代谢物也显示出显著抑制口腔癌细胞的存活和增殖。
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抗色素沉着过度效应 使用瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）生产的乳清（LH-乳清）减少了B16黑色素瘤细胞中的黑色素积累，该效应与酪氨酸酶、酪氨酸酶相关蛋白-1和多巴色素互变异构酶等关键黑色素生成酶的表达降低相关。从同一乳清中分离的细胞外囊泡（EVs）也对黑色素产生显示出抑制作用。
结论
总而言之，发酵乳制品的功能特性应被理解为发酵在乳品基质内衍生的肽、代谢物、有机酸和生理活性因子分子自组织的结果，而非单一抗氧化成分或个体分析结果的产物。证据表明，将化学测定与细胞实验、动物研究和反映机体抗氧化防御状态的生物标志物等多层次评估相结合，能更准确地理解抗氧化功能。此外，这种发酵诱导的生物化学重组不仅限于抗氧化活性，还与炎症控制、代谢疾病相关功能、抗癌活性和皮肤相关功效等多种生理益处相关联。因此，未来应通过多组学方法，结合微生物菌株特异性、发酵条件和基质降解相互作用，超越简单的抗氧化能力，对发酵乳制品进行更精确的鉴定。
