《食品科学》：中国海洋大学付晓婷教授等：乳酸菌发酵对海带褐藻糖胶结构及生物活性的影响

海带（

Saccharina japonica

）是我国产量最高的经济海藻资源，除含有蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等营养物质外，还含有褐藻糖胶（Fuc）、褐藻多酚、岩藻黄素等特殊生物活性物质，对人体健康有较多益处，是东亚地区广泛食用的“长寿食品”。我国海带养殖产量居世界第一，然而目前对海带的加工和利用尚处于初级阶段，产品种类单一、精深加工程度不足。

食品发酵是一种传统的加工技术，具有环境友好、条件温和、成本低等优点，不仅可以改善食品的风味和质地，还可以提高其营养成分含量、安全性并延长其货架期。近年来，发酵技术已应用于海带食品加工，微生物发酵海带可以去除其腥味、改善其感官特性、提高其生物活性。

Fuc也称褐藻多糖硫酸酯、岩藻多糖、岩藻聚糖硫酸酯，是褐藻和一些棘皮动物所特有的一类水溶性硫酸多糖。海带中的Fuc主要位于海带的细胞壁基质中，是一类含有

L

-岩藻糖和硫酸基团的杂多糖，具有抗氧化、抗病毒、降血脂、调节肠道菌群、调节免疫、改善心血管疾病等多种生物活性，在食品、化妆品、医药等领域具有良好的应用前景。多糖种类、结构与生物活性之间存在复杂关系，而微生物发酵技术可用于改善多糖结构和活性，拓展多糖应用范围。

中国海洋大学食品科学与工程学院的范盛玉、王雷和付晓婷*等人以海带为研究对象，利用乳酸菌进行发酵，从发酵前后海带中提取Fuc，探究发酵对Fuc总糖、硫酸基、糖醛酸等理化成分含量的影响；采用高效液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）、傅里叶变换红外（FTIR）光谱表征发酵前后Fuc结构变化；测定发酵对Fuc体外抗氧化、降血脂和免疫活性的影响，并通过相关性分析解析其构效关系，以期为海带发酵食品开发提供理论依据与技术指导。

01

乳酸菌发酵前后Fuc得率变化

如图2所示，NF组Fuc得率为（2.76±0.09）%，经乳酸菌发酵后，F1组Fuc得率显著提升至（2.97±0.08）%（

P

＜0.05）。随发酵时间的延长，F2和F3组Fuc得率分别为（2.93±0.05）%和（2.95±0.02）%，与F1相比无显著变化（

P

＞0.05）。Pei Fangyi等采用益生菌发酵蓝金银花时也发现，发酵后样品多糖得率显著高于未发酵样品，Shao Yiwen等采用酵母菌发酵山药后提取多糖，结果表明，与未发酵样品相比得率提升0.36%。发酵后海带Fuc得率变化与多糖释放、转化和消耗有关，乳酸菌在发酵过程中会产生纤维素酶、蛋白酶、糖苷酶等多种可降解海带细胞壁的酶，促进Fuc溶出，同时微生物自身生长会利用部分小分子Fuc。

02

乳酸菌发酵前后Fuc理化成分变化

如图3所示，所有样品的总糖质量分数均大于60%，总酚和总蛋白质量分数极低，分别在0.6%、2.0%以内，且发酵前后Fuc总蛋白和总酚含量无显著变化（

P

＞0.05），说明该方法提取的Fuc纯度较高、杂质较少。NF总糖质量分数为（63.16±1.95）%，与之相比，发酵后Fuc样品总糖含量显著升高（

P

＜0.05），随着发酵时间的延长，Fuc总糖含量逐渐升高但无显著差异（

P

＞0.05），F3总糖质量分数达（69.97±1.82）%，表明发酵可以提高Fuc总糖含量。Chen Qiuyan等研究也发现，发酵可以显著提升麦麸多糖的总糖含量。Fuc是一种杂多糖，可以不同程度地与蛋白、脂质、多酚等物质结合，而乳酸菌在发酵过程中会分泌蛋白酶、酯酶、淀粉酶等多种酶，催化蛋白质、脂肪等物质降解，其产生的糖苷酶能促进多糖与结合物之间的糖苷键断裂。提取Fuc时充分的透析操作可去除这些从多糖中降解出的小分子，达到提纯作用。因此，发酵不仅可提高Fuc得率，还可提高其总糖含量。

硫酸基和糖醛酸是Fuc的重要组成部分，两者含量与Fuc活性密切相关。NF硫酸基和糖醛酸质量分数分别为（14.36±0.19）%和（15.04±0.56）%。发酵后硫酸基含量有所降低，主要归因于发酵过程中产生的硫酸酯酶催化硫酸酯键水解，这与本团队前期报道的红曲霉发酵海带体系中Fuc硫酸基含量降低的结果一致。发酵后Fuc糖醛酸质量分数有所提升，F1、F2、F3分别升至（15.44±0.44）%、（16.00±0.20）%和（16.01±0.17）%。罗游研究表明，红曲霉固态发酵可以提高番石榴叶多糖的糖醛酸含量，推测与发酵后多糖分子链变化及纯度变化等有关。

03

乳酸菌发酵前后Fuc分子质量变化

Fuc分子质量与其生物活性密切相关。Mw为重均分子质量，Mn为数均分子质量，Mw/Mn为多分散系数，表示分子质量分布范围，其值越接近于1，说明样品中分子质量分布越集中。如表1所示，NF的Mw为234.0 kDa，多分散系数为2.151，发酵后Fuc分子质量略微提升，多分散系数明显升高，分子质量分布更广。Liang Jingjing等研究发现，发酵乳杆菌发酵后，香菇多糖分子质量从1.16×104 Da增至1.87×104 Da，Cheng Yanan、Jia Mengyun等的研究也表明微生物发酵可提升多糖分子质量。推测此现象的原因是发酵过程中微生物分泌的酶能够破坏大分子物质（包括蛋白质、淀粉和纤维），促进海带中高分子质量Fuc释放，从而提高高分子质量Fuc可提取性。另一方面，糖苷酶可降解部分Fuc，但小分子质量Fuc会优先被乳酸菌利用。总之，高分子质量Fuc释放、Fuc降解、小分子质量Fuc被利用3 种机制的动态平衡导致发酵后Fuc分子质量略微升高且分子质量分布更广。

04

乳酸菌发酵前后Fuc单糖组成变化

如表2所示，海带Fuc主要由岩藻糖、半乳糖、甘露糖和葡萄糖组成，含有少量鼠李糖、阿拉伯糖和木糖，与Ni Liying、Wang Shengnan等从海带中提取的Fuc单糖组成相似。乳酸菌发酵后构成Fuc的单糖种类未发生改变，但其比例有所变化。其中岩藻糖和葡萄糖相对含量明显上升，与NF（31.06%）相比，F1、F2、F3的岩藻糖相对含量分别升至37.29%、37.46%、38.07%，葡萄糖相对含量也由19.09%升至25.00%以上，而发酵后甘露糖、半乳糖、木糖等组分的占比有所降低。Hifney等采用黑曲霉等藻类寄生真菌发酵海带并提取Fuc时也发现类似结果，从发酵后海带中提取的样品中，岩藻糖含量显著增加。单糖组成变化表明乳酸菌发酵会改变海带Fuc结构，推测与发酵体系中糖苷酶、异构酶等酶系导致糖苷键裂解及糖异构修饰有关。

05

乳酸菌发酵前后Fuc FTIR光谱分析

如图4所示，所有样品的吸收峰形状大致相同，与Wang Shengnan等观察到的海带Fuc FTIR光谱相似。以NF FTIR光谱为例，其中3 430 cm-1处的宽峰代表O—H伸缩振动，2 940 cm-1处的峰表示C—H伸缩振动，1 620 cm-1和1 040 cm-1处的峰分别代表碳水化合物中的C＝O和C—O键，提示糖环的存在，1 420 cm-1处的峰表示糖类C—H变角振动，1 260 cm-1特征峰由硫酸基S＝O伸缩振动引起，提示—O—SO3的存在，850 cm-1和820 cm-1处的峰与C—O—S拉伸振动有关，850 cm-1处的峰表示硫酸根的存在方式为C4位轴向配位。发酵后Fuc吸收峰形状和位置未发生改变，仅部分吸收峰强弱发生变化，O—H峰变宽，这是因为发酵后Fuc羟基化合物发生缔合，振动频率发生改变。850 cm-1处振动峰稍有减弱，与理化成分硫酸基含量降低相对应。

06

乳酸菌发酵前后Fuc抗氧化活性变化

如图5所示，海带Fuc具有较好的抗氧化活性，NF的ABTS阳离子自由基清除率、DPPH自由基清除率分别达（42.80±0.83）%、（71.76±1.68）%。随着发酵时间的延长，Fuc对2 种自由基的清除率整体呈现先上升后下降的趋势，其中F1的自由基清除能力最强，对2 种自由基的清除率分别达到（44.89±0.60）%、（77.48±0.46）%。已有报道表明，Fuc抗氧化活性与其细微结构如硫酸基、糖醛酸等理化成分含量，以及分子质量和单糖组成等密切相关。

07

乳酸菌发酵前后Fuc降血脂活性变化

海藻中的硫酸化多糖已被证实能通过吸附作用与胆固醇结合发挥降血脂活性。由图6A可知，所有Fuc样品均呈现较好的胆固醇结合能力，NF胆固醇结合率为（47.67±2.80）%，与NF相比，F1、F2、F3胆固醇结合率分别显著升至（56.95±2.15）%、（68.00±2.93）%、（71.32±1.53）%（

P

＜0.05）。

胆汁酸大多以胆酸盐形式存在于人体内，Fuc可与胆酸盐结合，减少脂质吸收，调节脂质代谢。由图6B可知，NF对牛磺胆酸钠、甘氨胆酸钠、胆酸钠的吸附能力分别为（24.24±1.55）、（20.21±0.90）、（23.30±0.91）mg/g，说明Fuc能够促进胆酸盐转化为胆汁酸排出体外，加快胆固醇向胆汁酸的转化过程，发挥降脂活性。与NF相比，发酵后Fuc对3 种胆酸盐的吸附能力均显著增强（

P

＜0.05），其中F3的吸附能力最强，对3 种胆酸盐的吸附能力均大于40 mg/g，降血脂能力最强。屈雅宁等也发现枯草芽孢杆菌和干酪乳杆菌发酵可以提高绿豆、红豆等豆粉多糖对牛磺胆酸钠、甘氨胆酸钠的结合能力。

胰脂肪酶可将甘油三酯降解为甘油和游离脂肪酸，常用于评估降血脂活性。由图6C可知，NF胰脂肪酶抑制率为（22.45±0.50）%，与NF相比，F1、F2、F3胰脂肪酶抑制率分别显著升至（24.20±0.42）%、（25.25±1.19）%、（25.53±0.26）%（

P

＜0.05），随着发酵时间的延长，Fuc胰脂肪酶抑制率存在升高趋势，但各组间并无显著差异（

P

＞0.05）。

综上可知，从乳酸菌发酵海带中提取的Fuc具有较好的降血脂活性，与NF相比，发酵后Fuc降血脂活性显著增强，其中F3降血脂活性最强，其胆固醇结合率、胆酸盐吸附能力、胰脂肪酶抑制率分别是NF的1.50、1.82、1.14 倍，降血脂活性的增强与Fuc支链和硫酸化模式等结构特征改变、活性基团暴露等有关。

08

乳酸菌发酵前后Fuc免疫活性变化

如图7A所示，在25～200 μg/mL范围内，各组细胞活力均＞90%，部分Fuc处理组细胞活力＞100%，说明海带Fuc对RAW264.7细胞无毒性，且在一定质量浓度下可促进细胞增殖。推测是因为Fuc属于糖类化合物，可被RAW264.7细胞当作外源物质利用，从而促进细胞增殖。

NO是一种重要的免疫调节信号分子，在非特异性宿主防御中起着至关重要的作用。在本研究中，发酵前后Fuc均能刺激NO产生，如图7B所示，NF组NO产生量呈剂量依赖性增加，在100 μg/mL时与1 μg/mL LPS组NO产生量相当，是空白对照组NO产生量的4 倍，说明从未发酵海带中提取的Fuc已具有较好的免疫活性。与NF相比，发酵后Fuc处理组NO产生量显著升高（

P

＜0.05），其中200 μg/mL F3处理组NO产生量最高，是相同质量浓度下NF的1.15 倍，是LPS组的1.45 倍。综上，发酵可显著提高Fuc的免疫活性。Yu Yangyang等采用植物乳植杆菌发酵菠萝蜜多糖、Huang Fei等采用发酵乳杆菌发酵龙眼多糖均可提升多糖促细胞产NO能力。

吞噬是巨噬细胞维持生理平衡和清除病原体的主要功能，吞噬能力是评价其活性的重要指标。如图7C所示，正常RAW264.7细胞呈圆形或接近圆形，诱导分化后的细胞变大，长出触角分化，吞噬中性红染料能力更强。对细胞吞噬的中性红进行定量，结果如图7D所示。与空白对照组相比，Fuc组细胞中性红吞噬能力显著升高（

P

＜0.05），NF组在200 μg/mL时的中性红吞噬能力为空白对照组的1.65 倍，相同质量浓度下，F3组中性红吞噬能力为空白对照组的1.91 倍，表明发酵可显著提升RAW264.7细胞的吞噬能力（

P

＜0.05），且变化趋势与NO产生量变化趋势基本一致。

综上，从乳酸菌发酵海带中提取的Fuc无细胞毒性，且具有较好的免疫活性。与NF相比，乳酸菌发酵可提升Fuc免疫活性，其中F3免疫活性最高，其处理细胞的NO产生量与中性红吞噬能力分别是NF的1.15、1.16 倍。

09

Fuc构效关系分析

Fuc化学组成、单糖组成、分子质量等与生物活性密切相关，这些因素之间的相互作用对调节Fuc功效至关重要。如图8A、B所示，发酵前后Fuc理化成分、结构特征差异较大，发酵对Fuc抗氧化、降血脂、免疫活性均有不同程度地提升，说明乳酸菌发酵可改变、修饰Fuc结构，进而改善其生物活性。

如图8C～E所示，抗氧化活性与Fuc总蛋白含量、岩藻糖相对含量、葡萄糖相对含量呈正相关；降血脂和免疫活性与总蛋白含量、糖醛酸含量、岩藻糖相对含量、葡萄糖相对含量呈正相关；其中糖醛酸含量和岩藻糖相对含量对降血脂和免疫活性影响最显著，糖醛酸含量与降血脂、免疫活性相关指标的Pearson相关系数（

r

）＞0.90，岩藻糖相对含量与降血脂活性的

r

＞0.90，与免疫活性的

r

＞0.75。 岩藻糖和 糖醛酸 是Fuc中的重要活性成分，赋予Fuc多种生物活性，大量研究表明二者含量与Fuc生物活性呈正相关，同时Fuc含有的少量糖-蛋白复合物形成的复杂空间结构对活性也有一定贡献，蛋白含量与Fuc抗氧化、降血脂、免疫活性均呈正相关。值得注意的是，大量研究表明Fuc硫酸基含量、分子质量与其生物活性分别呈正、负相关，而本研究的相关性分析未显示相似的结果，这是因为Fuc与生物活性之间的关系不是简单的一对一关系，而是受多种因素共同作用的结果。综上，Fuc生物活性受多种因素影响，其中发酵导致的Fuc糖醛酸含量、岩藻糖相对含量增加是其生物活性增强的关键。

10

结 论

本研究采用乳酸菌发酵海带，并对比发酵前后海带Fuc理化成分、结构特征及生物活性变化，通过结构与活性的相关性分析阐明其构效关系。理化成分分析表明，发酵后Fuc得率提高，总糖、糖醛酸含量显著升高，硫酸基含量有所下降。结构解析表明，乳酸菌发酵不会改变Fuc的基本分子构成，但会改变其单糖组成，明显提高岩藻糖和葡萄糖占比；发酵能释放更多Fuc，其重均分子质量略有升高，分子质量分布更广。发酵后Fuc抗氧化、降血脂和免疫活性均显著提升，其中F1抗氧化活性最强，F3降血脂活性和免疫活性最强。Fuc生物活性是化学组成、单糖组成、分子质量等多种因素共同作用的结果，其中发酵导致岩藻糖相对含量、糖醛酸含量升高是其活性提升的关键。因此，本研究揭示乳酸菌发酵对海带中重要多糖Fuc活性提升的效果和机理，进一步明确了Fuc对海带活性提升的贡献，可为功能性海带发酵食品制备提供理论依据与技术指导。

本文《乳酸菌发酵对海带褐藻糖胶结构及生物活性的影响》来源于《食品科学》2025年46卷第10期59-69页，作者：范盛玉，王雷，高昕，付晓婷*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240904-029。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：普怡然；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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