综述：面向目标的茶多酚微生物生物转化：途径解析与合成生物学设计策略

《Current Opinion in Food Science》：Target-Oriented Microbial Biotransformation of Tea Polyphenols: Pathway Resolution and Synthetic Biology Design Strategies

　　

吴双|浦倩|季志霞|黄友义

中国湖北省武汉市华中农业大学园艺林学学院，国家园艺作物种质创新与利用重点实验室，邮编430070

茶多酚在食品工业中的应用长期以来一直受到酯化儿茶素所带来的苦味和涩味以及其较低的系统生物利用度的限制。微生物生物转化对于决定茶多酚的最终品质及其健康功效至关重要。目前该领域的研究重点在于阐明特定的反应途径和关键酶，其核心化学机制主要包括脱没食子酰化、C环裂解以及氧化聚合。基于这些酶学基础，合成生物学为将关键反应整合到特定的功能单元中，并在具有明确遗传背景的底盘菌株或简化的微生物群落中重新构建这些反应提供了框架。这些策略可应用于两种主要场景：体外茶多酚衍生物的生物制造，以及通过工程化益生菌或合成微生物群落对肠道的调节。这一策略不仅推动了茶多酚精准生物制造的发展，还将生物转化的应用范围扩展到了肠道微生物群，为开发能够增强体内茶多酚原位代谢的新型益生菌制剂提供了重要的理论依据。

引言

茶多酚是最具代表性的膳食多酚之一，具有显著的抗氧化活性、调节脂质代谢、增强肠道屏障功能以及免疫调节作用。然而，其在食品工业中的应用长期以来一直受到两个主要限制因素的阻碍。首先，如表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）这类没食子酰化儿茶素具有强烈的苦味和涩味，且化学稳定性较差。其次，茶多酚在体内的系统生物利用度较低，而高分子量的氧化聚合产物尤其难以被直接吸收[1]。因此，决定茶多酚品质和功效的关键往往并非其母体化合物的初始含量，而是其在体外发酵系统或体内肠道微环境中的微生物生物转化效率2, 3。

传统的自然发酵方式（例如黑茶的堆渥发酵）以及后续的宿主肠道代谢都依赖于复杂的微生物群落来推动多酚的生物转化。尽管这种方法能够产生独特的风味特征和活性成分，但由于微生物组成会发生变化、反应途径难以追踪以及产品一致性差等问题而存在局限4, 5。发酵参数虽然可以影响多酚的转化，但在动态变化的微生物群落中要精确控制反应途径和产品分布仍然十分困难5, 6, 7。因此，近期的研究重点已从描述微生物种群的变化转向识别特定的反应途径、关键酶以及可控的微生物群落，尤其是那些由单宁酶介导的反应网络、C环裂解以及氧化聚合反应。研究人员还试图在更为明确的微生物系统中重建这些反应，从而将茶多酚的生物转化从经验性的发酵过程转变为更具可预测性且以机制为导向的过程8, 9。最终，研究的核心目标不再仅仅是确认微生物的转化能力，而是探索这种生物转化是否能够成为一种可预测、可规模化且可定向控制的食品制造工艺。

章节节选

化学视角：关键的生物转化途径

酚类化合物的水解和脱没食子酰化是已被充分研究的机制，且具有较高的工业应用潜力。以EGCG和表儿茶素没食子酸酯（ECG）为代表的酯化儿茶素，在单宁酶的催化下会发生酯键断裂，进而生成非酯化儿茶素，包括表没食子儿茶素（EGC）、表儿茶素（EC）以及没食子酸（GA）8, 10。位于C-3位的没食子酸酯基团会通过与某些物质相互作用，从而显著增加茶多酚的苦味和涩味。

面向目标的合成微生物群落构建

合成生物学通过标准化的生物组件、合理的底盘设计以及模块化组装方式，为赋予微生物新功能或提高其转化效率提供了框架[22]。在茶多酚转化研究中，这一策略旨在将脱没食子酰化、C环裂解以及氧化聚合反应整合到特定的功能单元中，然后在这些具有明确遗传背景的底盘菌株或简化微生物群落中重新构建这些功能单元。不过，这一过程仍面临诸多挑战。

主观观点与未来展望

该领域的主要瓶颈不仅在于微生物是否能够转化茶多酚，还在于能否更可靠地调控反应进程，以及能否将转化产物与最终的生物效应建立关联。机制研究必须超越对微生物群落的简单描述，建立起连接微生物、底物前体以及宿主表型的闭环体系，而多组学整合在这一过程中将发挥越来越重要的作用。在此基础上，合成生物学

结论

总体而言，现有证据表明，微生物对茶多酚的转化过程可归纳为三个方面：脱没食子酰化可能带来的风味调控作用、C环裂解可能带来的生物利用度提升作用，以及氧化聚合可能导致的色素形成作用。这些反应在不同的微生物群落和发酵环境中相互关联，共同决定了代谢产物的种类及其功能特性。随着研究的深入，研究重点正从单纯的微生物群落分析

CRediT作者贡献说明

吴双：概念构思、研究实施、数据可视化、初稿撰写。浦倩：概念构思、研究实施、方法设计、初稿撰写。季志霞：概念构思、研究指导、资源提供、审稿与编辑。黄友义：概念构思、研究指导、结果验证、审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了中央政府引导地方科技发展基金项目（20251ZDF030029）的支持。