Introduction
茶叶富含茶多酚、生物碱、茶多糖等多种活性物质，具有抗衰老、抗癌、降血脂、减肥和改善胃肠道的功效，是世界上最受欢迎的饮品之一。茶多酚作为茶叶中最重要的活性成分之一，包含30多种酚类物质，占茶叶干物质的14%~24%。红茶因其醇厚甘甜、拥有花香或果香、茶多酚含量更高和生物活性更强等优点而备受关注。鞣花酸（ellagic acid，EA）是茶叶中的重要酚类物质之一，普遍存在于蓝莓、草莓、树莓、黑莓等水果和坚果中，具有抗氧化、抗菌等活性，但是由于其水溶性差，导致生物利用度低。
EA经人体肠道微生物代谢后转化为尿石素类物质，包括尿石素A（Urolithin A，Uro A）、异尿石素A和尿石素B。其中，Uro A的生物活性最强，具有缓解肌肉衰退、抗肿瘤、抗神经退行性疾病、抗氧化、抗炎和抗衰老的活性。但是，不同人转化EA为Uro A的效率差别较大。在超过30岁的人群中，仅有40%的人群转化EA生成Uro A。因此，Amazentis公司将化工合成的Uro A开发为保健品。如果能筛选到转化EA生成Uro A的益生菌，则可以利用益生菌发酵制备Uro A，开发含有Uro A的发酵食品，让人们在享受美食的同时，补充Uro A，增进人体健康。
乳酸菌 (Lactic acid bacteria，LAB) 是研究和利用较多的益生菌之一。乳酸菌发酵有助于食物中营养成分的分解和吸收，提升产品口感，并有维持肠道生态平衡、降低血清胆固醇水平和增强免疫等功能。因此，LAB发酵饮料备受欢迎，销售量逐年增加。嗜热链球菌是在食品工业中应用广泛的乳酸菌，有降低酸乳的凝乳时间、改善品质等特性；并且具有改善肠道微环境、提升免疫力、缓解溃疡和炎症、降低肠道感染概率等生理作用。
江苏海洋大学房耀维教授课题组利用嗜热菌 FUA329 能将 EA 转化为 Uro A，用其发酵红茶，研究了 FUA329 发酵对红茶多酚含量、抗氧化能力和理化性质的影响。此外，还研究了发酵红茶中通过 EA 转化形成的 Uro A 产量的变化（图1）。研究成果将为阐明嗜热菌介导的红茶发酵相关生物活性化合物的生物转化机制奠定坚实的理论基础，从而为提高红茶品质提供新的视角。
图1 红茶茶汤的发酵与实验过程
Results and Discussion
红茶发酵过程中 EA 和 Uro A 含量的变化
在高效液相色谱相同的检测条件下，嗜热菌 FUA329 通过红茶发酵形成的 Uro A 在 48 小时内的保留时间为 9.401 分钟。图 2 显示了嗜热菌 FUA329 和嗜热菌 CGMCC 1.8748 发酵红茶产生的 EA 和 Uro A 含量。红茶中的 EA 含量在嗜热菌 FUA329 发酵 48 小时后明显下降，但此时检测到了 Uro A，而在嗜热菌 CGMCC 1.8748 发酵过程中未检测到这些物质。Rocío 等人证实，在 EA 转化为 Uro A 的体外研究过程中，42 小时内代谢产物 Uro A 的含量达到最大值。ETs 和 EA 主要由哺乳动物（包括大鼠、猪和人类）的结肠微生物群代谢。因此，在肠道中，微生物似乎通过内酯环裂解、脱羧和脱羟基反应转化 EA。因此，茶叶中的 EA 通过嗜热菌 FUA329 的发酵转化为 Uro A。这与 Liu 等人的研究结果一致。
图2 EA 和 Uro A 随时间变化的过程
红茶发酵过程中抗氧化活性的变化
为了评估发酵对红茶抗氧化能力的影响，采用 DPPH、ABTS 和羟自由基抑制能力法测定了发酵茶的抗氧化活性，图 3显示，嗜热菌 FUA329 发酵红茶的抗氧化能力先上升后下降，表明抗氧化能力在发酵过程中发生了变化。对发酵产品的研究表明，添加 LAB 菌株会对抗氧化能力产生积极影响。然而，样品的抗氧化能力是否随发酵时间的不同而不同，目前仍不清楚。FUA329 发酵红茶的 DPPH、ABTS 和羟基自由基抑制能力在 48 h 达到峰值，抗氧化代谢产物和相关抗氧化活性高于 CGMCC 1.8748 发酵红茶。Li等报道嗜热菌提取物中的酚类化合物和没食子酸是很好的抗氧化剂。此外，嗜热菌 FUA329 能将红茶中的 EA 转化为 Uro A，从而更容易被人体吸收和利用。这些化合物的存在可以解释嗜热菌 FUA329 发酵提取物的高抗氧化活性。
图3 红茶发酵 24、48 和 72 小时抗氧化剂活性的变化
红茶发酵过程中理化指标的变化
嗜热链球菌FUA329 发酵红茶的 pH 值为 5.32-5.41（图 4A）。CGMCC 1.8748 发酵红茶的 pH 值迅速下降，24 h 时为 5.33，72 h 时降至 5.19。红茶的 pH 值下降是因为产生了乳酸等有机酸。
嗜热菌 FUA329 发酵红茶的酸度为 0.38-0.48（图 4B），而嗜热菌 CGMCC 1.8748 发酵红茶的酸度较高。FUA329 发酵红茶的固形物含量为 7.42-10.15 mg/mL（图 4C），而 CGMCC 1.8748 发酵红茶的固形物含量为 7.77-10.09 mg/mL。两种嗜热菌菌株对红茶固形物含量的影响都不大，都能较好地保持红茶中原有的固形物。这一结果与 Xu 等人的研究结果一致，根据他们的研究，在 LAB 发酵过程中，红茶的酸度会增加，因为会产生乳酸等有机酸。
图4 发酵 24、48 和 72 小时期间红茶理化参数的变化
红茶发酵过程中 TP 含量的变化
图 5 显示了红茶在嗜热菌 FUA329 和嗜热菌 CGMCC 1.8748 发酵过程中产生的 TPs。从发酵 48 到 72 h，嗜热菌 CGMCC 1.8748 产生的 TPs 总量持续下降。此外，FUA329 发酵红茶的 TP 含量明显低于 CGMCC 1.8748 发酵红茶和未发酵茶汤。
根据之前的一项研究，发酵茶的 TP 含量呈下降趋势，作者将这些重要化合物的损失归因于发酵过程中酚类化合物与固体甚至酵母的结合或吸附以及聚合作用造成的沉淀或氧化。此外，酚酸在微生物发酵过程中会被酶降解。FUA329 发酵红茶中 TP 含量的变化与上述结果一致。总酚含量降低的原因可能是发酵过程中的氧化和水解。这些反应的发生是由于发酵红茶的 pH 值较低，以及发酵过程中细菌和酵母菌分泌和释放的酶（如 β-葡萄糖苷酶、酯酶等）促进了酚类成分的转化。正如对抗氧化实验结果的分析和上述研究结果所表明的，造成这种现象的原因是嗜热菌 FUA329 能将茶叶中的 EA 转化为 Uro A，从而减少茶叶中酚类物质的氧化，提高茶叶的抗氧化性。
图5 红茶发酵 24、48 和 72 小时期间 TPs 含量的变化
红茶发酵过程中 TPs 含量的变化 红茶发酵过程中茶多酚含量的变化
与未发酵提取物相比，发酵提取物中的某些酚类物质含量更高。在提取过程中，细胞壁释放的酶没有活性。因此，酚类化合物的产生归因于发酵过程中天然分子成分的改变。利用高分辨率质谱和紫外光谱数据，通过 LC/UV/ESI-MS 分析对未发酵茶汤和发酵茶汤中的游离茶多酚进行了鉴定和表征。图 6A、6B 和 6C 分别为未发酵红茶汤、嗜热杆菌 CGMCC 1.8748 发酵红茶汤和嗜热杆菌 FUA329 发酵红茶汤 48 小时后的总离子色谱图（TIC，正、负离子模式）。
为了确定不同嗜热菌对酚类代谢的影响，研究了发酵 72 小时期间酚类化合物的变化。根据之前的报告和 LC-MS/MS 分析结果，红茶中主要有 15 种酚类化合物，包括没食子酸、表儿茶素没食子酸酯、表没食子儿茶素没食子酸酯、儿茶素水合物、芦丁、没食子儿茶素没食子酸酯、山柰酚、槲皮素、对香豆酸、反式对香豆酸、杨梅素、芙蓉白、EA、Uro M5 和青花素-3-O-葡萄糖苷。发酵红茶中没食子酸、芦丁、山柰酚、槲皮素、对香豆酸、反式对香豆酸和青花素-3-O-葡萄糖苷的含量高于嗜热菌 CGMCC 1.8748 发酵茶。此外，在嗜热菌 FUA329 发酵的红茶中还发现了 Uro A。
结果表明，在酚类化合物中，红茶的没食子酸、表儿茶素没食子酸酯和表没食子儿茶素没食子酸酯含量最高，且它们在峰值丰度上存在一定差异。两种发酵茶汤的酯型儿茶素含量均低于未发酵茶汤，但是，两种发酵茶汤中的酚酸含量普遍高于未发酵茶汤。Chen 等人报道，微生物释放的酶（如 β-葡萄糖苷酶）会降解酚类化合物，使其形成更小的分子。由于红茶在冲泡过程中会发生氧化反应，因此红茶中的酚类化合物含量较高。然而，在随后的发酵过程中，这三种物质的含量都呈下降趋势。此外，嗜热杆菌 FUA329 在红茶发酵 48 小时后产生 Uro A，Uro A 的保留时间为 14.720 分钟。因此，发酵 48 小时后，红茶中的 EA 类物质转化成了更容易被人体吸收的衍生物。
图6 采用 LC-MS 方法分析红茶茶汤中的多酚类物质
Conclusion
发酵红茶的微生物开发是一个复杂而动态的生化过程，研究了发酵过程中红茶中酚类和生物活性成分的变化，两种嗜热菌菌株发酵红茶会增加 TP 和 Uro A 的含量。研究发现，嗜热菌 FUA329 是最有希望发酵红茶的菌株。然而，发酵时间是影响发酵红茶中茶多酚和生物活性水平的关键因素。此外，嗜热菌 FUA329 还能将红茶中的 EA 转化为更易被人体吸收的 Uro A。但这项分析利用的样本有限，还需要进一步研究，以验证其他能发酵红茶的菌株的具体代谢变化。对红茶发酵系统中生物转化的研究可为 LAB 植物发酵提供理论依据，有助于优化发酵时间，并筛选出更多合适的发酵菌株，以获得营养价值更高的发酵红茶。
作者介绍
第一作者简介
赵雅玲，江苏盐城人，2021年6月获得金陵科技学院工程专业学士学位，2024年6月获得江苏海洋大学食品加工与安全专业农业推广硕士学位。就读期间发表北大核心文章一篇。
通信作者简介
房耀维，男，博士，教授，硕士生导师，江苏海洋大学科技处副处长。加州大学圣地亚哥分院Scripps海洋研究所访问学者，中国海洋大学博士后。国家自然科学基金评审专家、教育部职业教育基本专家库专家、教育部学位论文评审专家、江苏省食品学会青年委员会副秘书长，江苏省微生物学会理事，食品工业科技（EI收录）编委，eFood（SCI 收录）、食品科学（EI收录）、Food & Medicine Homology和Food Science of Animal Products 青年编委，江苏省 “333高层次人才培养工程”培养对象，江苏省 “六大人才高峰”高层次人才，江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养对象。主要进行活性物质的微生物转化，海洋酶及催化机制，活性物质的合成生物学与系统代谢工程等研究。主持国家自然科学基金面上项目、江苏省自然科学基金项目、江苏省 “ 333 工程”科研项目、江苏省 “六大人才高峰”高层次人才项目、教育部留学回国人员科研启动基金、中国博士后科学基金等科研项目20余项。指导研究生获得江苏省优秀硕士学位论文1篇。获得江苏省科技进步奖三等奖、中国轻工业联合会科学技术发明奖三等奖、江苏省轻工业科学技术奖励技术发明奖一等奖、江苏省轻工业科学技术奖励技术发明奖三等奖各1项。在以第一或者或通讯作者在Trends in Food Science & Technology、Journal of Agricultural and Food Chemistry、Green Chemistry、ACS Food Science & Technology、Carbohydrate Polymers、Bioresources technology、International Journal of Biological Macromolecules等期刊发表论文80余篇，SCI收录40余篇。授权国家发明专利 12 件。
论文网址：https://www.sciopen.com/article/10.26599/FMH.2025.9420041