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《食品科学》：发酵十字花科蔬菜中硫代葡萄糖苷代谢研究进展

花匠小妙招
2025-02-09 01:46

硫代葡萄糖苷（简称硫苷）是十字花科蔬菜中一类重要的次生代谢物。在蔬菜发酵过程中，硫苷被代谢为异硫氰酸盐等活性产物，这些代谢产物具有抗氧化、抗癌、调节肠道菌群等多种生理功能。乳酸菌发酵对硫苷的代谢机制包括促进硫苷从蔬菜中释放，以及使其发生降解，且代谢作用既与乳酸菌种属相关，也与发酵体系的盐含量、金属离子、pH值以及蔬菜加热预处理相关。

西南大学食品科学学院的赵吉春、余洁、明建*等人总结了硫苷及其代谢产物生理功能的最新研究进展，重点研究分析了各类发酵蔬菜中乳酸菌对硫苷的代谢作用，比较不同种属乳酸菌对发酵蔬菜硫苷代谢产物的影响差异，并讨论了盐含量、pH值、金属离子以及加热处理等因素对硫苷代谢的影响，为调控发酵蔬菜中硫苷向高活性的代谢产物方向转化提供理论依据。

1、硫苷概述

硫苷是一类水溶性含硫的次生代谢产物，其结构主要由β-D-硫葡萄糖基、硫化肟基和可变氨基酸衍生侧链R基团构成（图1）。目前，已从十字花科蔬菜中鉴定出多达137 种硫苷化合物。根据R基团结构不同，硫苷可以分为脂肪族硫苷（R基团为甲硫氨酸、丙氨酸、撷氨酸、亮氨酸和异亮氨酸）、芳香族硫苷（R基团为苯丙氨酸和酪氨酸）和吲哚族硫苷（R基团为色氨酸），其中第一类约占已发现硫苷的50%。十字花科蔬菜中常见硫苷有3-丁烯基硫苷、2-羟基-3-丁烯基硫苷、萝卜硫苷、黑芥子苷和4-羟基-3-吲哚甲基硫苷等，具体到特定蔬菜，其硫苷组成与含量因栽培品种、栽培条件、采后贮藏条件以及蔬菜部位而异。

2、硫苷生理功能

抗氧化活性

Maryati等在西兰花提取液中接种保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）、嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）和两歧双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum）混合发酵剂，20%发酵剂接种量发酵24 h，发酵西兰花的抗氧化活性达到最大，此时总酚含量降低，提示发酵产物抗氧化能力的物质基础可能不是多酚，而是与西兰花硫苷等活性物质具有相关性。

调节肠道菌群

硫苷以及富含硫苷的西兰花对肠道菌群具有调节作用。一项探索性研究显示摄食富含硫苷的酸菜使得受试人群肠道菌群组成发生变化，与酸菜发酵相关的乳酸菌（例如植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）和短乳杆菌（Lactobacillus brevis））丰度显著上升。在Yanaka等开展的一项安慰剂对照半开放标签干预实验中，慢性功能性便秘人群每日摄食20 g富含硫苷的西兰花嫩芽或不含硫苷的苜蓿芽，持续4 周。与食用苜蓿芽相比，摄食西兰花嫩芽可以显著降低便秘评分系统得分，提高排便频率，缩短排便用时，并且提高了肠道菌群中产丁酸的双歧杆菌属（Bifidobacterium）和Clostridium XVIa的比例。

抗癌作用

流行病学调查显示摄入富含硫苷的十字花科蔬菜与肺癌、膀胱癌、结肠癌、前列腺癌等癌症发生率存在负相关关系，摄入高含量的十字花科蔬菜可以将结直肠癌、胃癌罹患风险分别降低8%和19%。一项超过8 000 例样本的文献荟萃分析也显示十字花科蔬菜摄入与结肠腺瘤发生风险降低存在相关性。在拮抗癌症方面，硫苷对结直肠癌的作用尤为受到研究者的关注。

缓解代谢综合征

近年来，十字花科蔬菜硫苷及其活性代谢产物在降低脂肪积累、提高胰岛素敏感性、降低炎症等方面表现出良好特性，因而在缓解代谢综合征方面的潜力得到了研究者的关注。Xu Xinxing等在饲料中添加西兰花冻干粉或萝卜硫苷，喂养高脂膳食小鼠8 周，发现萝卜硫苷喂养可以有效地抑制小鼠体质量、肝脏质量增加，减少附睾脂肪、肠系膜脂肪和肾周脂肪脂质积累，同时降低了氧化应激水平，上调肝脏中与脂质代谢相关的过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）、肉碱棕榈酰转移酶-1（CPT1）、过氧化物酶体酰基辅酶A氧化酶（ACOX）基因表达，而饲喂西兰花对高脂膳食小鼠脂质代谢的改善作用要弱于饲喂萝卜硫苷的作用。

3、发酵蔬菜中硫苷的代谢

十字花科蔬菜组织完整时，硫苷与黑芥子酶彼此相互隔离，植物组织中硫苷处于惰性状态。制作发酵蔬菜时，蔬菜组织经受切割、加工，硫苷与黑芥子酶接触，硫苷在黑芥子酶作用下转化成异硫氰酸盐、硫氰酸盐、环腈类、腈类、噁唑烷等代谢产物。在发酵过程中，除了蔬菜内源性黑芥子酶代谢作用，蔬菜自身携带的乳酸菌以及添加的发酵剂同样在硫苷代谢方面发挥着重要的作用。

4、影响发酵十字花科蔬菜硫苷代谢的因素

蔬菜中硫苷种类和含量差异

大白菜、甘蓝、西兰花等十字蔬菜的硫苷在种类和含量存在较大差异（表1）。即使同一物种，不同栽培品种之间的硫苷差异也十分明显。例如，62个大白菜品种的总硫苷含量最大可相差13 倍，而具体到特定种类硫苷，差异更为明显。以吲哚-3-甲基硫苷含量为例，80个西兰花品种中最高含量是最低含量的270 倍。

氯化钠含量

发酵蔬菜中氯化钠浓度对硫苷代谢产物以及含量具有重要影响。Martinez-Villaluenga等发现添加了0.5%氯化钠的酸菜发酵一周后，抗坏血酸原含量显著高于添加了1.5%氯化钠的酸菜，无论甘蓝栽培季节是夏天还是冬天、自然发酵还是发酵剂发酵，趋势均一致。

特殊蛋白

硫苷在黑芥子酶催化下先裂解释放β-D-葡萄糖，生成不稳定的糖苷配基。然后，糖苷配基通过洛森重排形成异硫氰酸盐，或者分解为腈类和环腈类等代谢产物。在黑芥子酶催化降解硫苷过程中，某些特殊蛋白起到了重要调控作用，这些蛋白主要有表皮特异硫蛋白（ESP）、腈特异性蛋白（NSP）、硫氰酸盐形成蛋白（TFP）和表皮特异修饰蛋白（ESM）。

金属离子

研究表明在pH 3.5～7.5范围内，铁离子存在不会抑制黑芥子苷释放葡萄糖。然而，在pH 4.5和5.5条件下，铁离子会强烈抑制异硫氰酸盐的形成，在pH 6.5条件下，这种抑制效应明显降低，最终在pH 7.5条件下抑制作用完全消失。

pH值

蔬菜发酵过程中，其中微生物存在动态变化过程。例如，酸菜发酵开始往往是以异型发酵乳酸菌占主导，主要是肠膜明串珠菌，随着这些乳酸菌生长，产生大量乙酸和乳酸，发酵体系pH值随之降低，当酸质量分数达到0.7%～1.0%、pH值低于4.5时，明串珠菌被酸耐受性更强的同型发酵乳酸菌所替代，主要是植物乳杆菌和短乳杆菌。同型发酵乳酸菌继续产生乳酸，pH值进一步下降到3.4～3.7。

加热处理

Sarvan等研究发现在发酵之前沸水烫漂处理甘蓝5 min，再接种副干酪乳杆发酵71 h，总硫苷含量为发酵前的35%，与传统发酵方式相比，烫漂预处理起到了灭酶作用，使得发酵甘蓝中保留了较多含量硫苷。西兰花泥经过121 ℃高压灭菌3 min，只检测出屈曲花苷、2-羟基-3-丁烯基硫苷和萝卜硫苷等几种硫苷，且含量十分微少；而在西蓝花中已被发现报道的5-甲基亚磺酰戊基硫苷、4-羟基-3-吲哚甲基硫苷、芝麻菜苷、芸苔葡糖硫苷、4-甲氧基-3-吲哚甲基硫苷和新葡萄糖芸苔素等硫苷在西兰花泥中均未发现，可能是由于耐热性差，硫苷经高压处理已经被降解。

结语

硫苷及其代谢产物具有多种生理功能，因此受到人们广泛关注。本文重点阐述了它们在抗氧化、抗癌、调节肠道菌群、缓解代谢综合征等方面的最新研究进展。硫苷从惰性状态转化为具有生理功能的活性代谢产物，除了可以借助黑芥子酶的催化作用，微生物同样也具有相似功能。在发酵十字花科蔬菜中，乳酸菌不仅可以代谢糖类，产生乳酸、乙酸等，也可以降解硫苷等植物化学物质，形成发酵蔬菜的特征性风味。乳酸菌对硫苷代谢作用具有菌株特异性，此外，与黑芥子酶作用类似，硫苷代谢还受到体系pH值、盐含量、金属离子等外在因素的影响。

本文《发酵十字花科蔬菜中硫代葡萄糖苷代谢研究进展》来源于《食品科学》2021年42卷23期381-389页，作者：赵吉春，余洁，谭正卫，颜鑫艺，周海燕，雷小娟，明建。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210518-223。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网

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