利用天然生物催化剂Niubie对水包油（O/W）乳液中的共轭亚油酸进行生物富集

《Food Bioscience》：Bioenrichment of Conjugated Linoleic Acid in oil-in-water (O/W) Emulsion by Niubie as a Natural Biocatalyst

　　

吴宇森|杨晓蓓|刘娜|陈悠|顾佳明|秦立康|苗松

贵州大学酒与食品工程学院，中国贵阳

摘要

共轭亚油酸（CLA）具有多种生理功能，这些功能主要归因于其两种主要的异构体。然而，CLA在自然界中含量稀少，在植物油中几乎不存在。本研究评估了贵州传统食品原料“Niubie”作为天然生物催化剂的潜力，以评估其富集CLA的能力并优化其在植物油乳液系统中的应用。通过对微生物群落组成和功能基因谱的宏基因组分析，发现来自屠宰场的样本（Q组）含有最高相对丰度的CLA产生菌，包括Butyrivibrio，以及预测含量最高的亚油酸异构酶（LAI）编码基因。主要微生物种类包括Prevotella、Butyrivibrio、Bacteroides和Succiniclasticum，亚油酸代谢被确定为其主要功能途径。基于这些微生物和功能发现，通过构建Tween 80稳定的O/W乳液系统优化了生物催化过程。该优化系统实现了最高的总CLA转化产率为10.53毫克/克油，其中顺-9,反-11-CLA是主要异构体。这些结果表明，含有CLA产生菌群和LAI相关功能的Niubie可以在工程化的乳液微环境中有效处理，从而实现显著的CLA富集。本研究为Niubie的高价值利用提供了理论基础，并支持探索新的CLA来源。

引言

共轭亚油酸（CLA）对人体健康有诸多益处，其生理作用主要通过两种关键异构体实现：顺-9,反-11（c9,t11）和反-10,顺-12（t10,c12）（den Hartigh, 2019）。研究表明，CLA可以调节免疫功能、提供抗氧化作用、减少脂肪沉积并促进脂肪分解，同时缓解动脉粥样硬化（Yang et al., 2017）。反刍动物来源的食物，包括肉类和乳制品，是人类饮食中CLA的主要天然来源，通常每克脂肪含有0.6至6毫克CLA（Chin et al., 1992）。目前的CLA合成方法中，化学途径可生产高纯度的CLA，但会产生复杂的异构体混合物且纯化成本高昂；而生物生产则受到低产率和产物提取困难的限制（Shinn et al., 2017; Wu et al., 2024），这限制了其在食品开发中的应用。此外，随着对更健康食品需求的增加，动物脂肪的市场份额正在减少，而植物油（约占市场的90%）中的CLA含量极低（Phuah et al., 2022）。因此，开发新的CLA富集食品来源已成为近年来的研究热点。

选择性生产c9,t11-CLA仍然是一个关键瓶颈。文献报道，天然食品中的c9,t11-CLA主要来源于反刍动物瘤胃中的微生物代谢过程和亚油酸异构酶（LAI）的活性（Su et al., 2024）。Niubie是中国贵州省苗族和侗族的传统美食，由从牛瘤胃中收集的部分消化草料制成的汁液制成。Niubie含有关键的瘤胃来源成分，因此可能作为CLA形成的天然催化剂。Niubie在贵州有着悠久的食用历史，由于其优异的生理活性和药用价值，最近发展成了具有独特民族特色的地方传统食品产业。传统上认为Niubie可以改善肠道功能，但目前对其的研究仍不充分，缺乏系统的科学调查。现有研究主要集中在其烹饪应用上，尚未涉及其亚油酸异构化活性。

CLA的生物富集长期以来面临诸多挑战，包括异构酶分子与油相直接相互作用和转化的能力有限。油包水（O/W）乳液作为一种新兴的生物活性物质递送系统，通过使用乳化剂将疏水相分散成微米或纳米级的油滴，使油滴均匀悬浮在水相中（Vieira et al., 2020），从而显著增加了疏水底物与水相生物催化剂之间的界面接触面积（Zhang et al., 2021）。随着“分子健康”概念的提出（Malgerud et al., 2017），用于递送生物活性分子的乳液系统因良好的生物相容性和活性成分的增强生物利用度而受到越来越多的学术关注。

基于此，我们假设Niubie对亚油酸（LA）具有潜在的生物催化活性。因此，本研究创新性地使用天然Niubie作为生物催化剂，通过工艺优化验证其催化LA异构化为CLA的能力，分析其微生物群落，鉴定相关功能基因，并促进其高价值应用。这些发现为Niubie的高质量利用提供了概念框架，并支持寻找新的CLA富集食品生物来源。

章节片段

材料

Niubie样本来自中国贵州榕江县的一家指定屠宰场，所用牛为商业饲养和农户自养的。样本采集于2025年1月。根据当地传统习俗，牛在屠宰前至少要食用新鲜草料十天。所有牛均为健康的本地黄牛，年龄在18至24个月之间。所有样本均用装有干冰的保温泡沫容器运输至实验室。

Niubie的微生物群落特征

宏基因组基因组成的相关性分析显示，各样本组内部具有高度相似性，证实按样本来源分组可以有效区分基因谱型。这一特征与样本的不同来源密切相关——商业采购的、屠宰场提供的和农户自养的牛。各组之间的基因组成存在显著差异（p < 0.05），为后续的差异基因分析奠定了基础。

结论

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

CRediT作者贡献声明

顾佳明：资源提供。秦立康：写作——审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念构思。苗松：写作——审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、概念构思。吴宇森：写作——审稿与编辑、数据可视化、验证、方法学研究、数据分析。杨晓蓓：软件开发、方法学研究、数据分析。刘娜：写作——审稿与编辑、数据分析。陈悠：

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了贵州省科技计划（2024年重点研发项目）、贵州大学领军人才文件（2023年）编号05以及贵州省科技项目（科技创新平台人才 - BQW [2024] 003）的支持。