发酵食品是全球饮食系统的重要组成部分,具有营养和文化价值(Leeuwendaal, Stanton, O'Toole, & Beresford, 2022)。乳酸菌产生的次级代谢产物是其风味特性和功能特性的关键驱动因素(Abdul Hakim, Xuan, & Oslan, 2023)。作为发酵食品生产中的主要微生物群落,乳酸菌通过复杂的代谢网络产生多种代谢产物,包括有机酸、生物活性肽和挥发性风味化合物,在降低食品pH值、抑制腐败微生物生长和改善营养结构方面发挥着不可替代的作用(Abdul Hakim et al., 2023)。传统上,对乳酸菌代谢的研究主要集中在乳酸和乙酸等有机酸的产生及其对食品pH值和质地的调控上。在特定发酵条件下,乳酸菌通过色氨酸代谢途径合成吲哚衍生物(Ma et al., 2025; Pan et al., 2023)。色氨酸是微生物代谢中的重要前体,其多样的代谢途径决定了其产物的功能特异性(Gupta, Vyavahare, Duchesne Blanes, Berger, Isales, & Fulzele, 2023)。
长期以来,关于乳酸菌中色氨酸代谢的研究主要集中在犬尿氨酸途径和血清素合成途径上(Z. Lu, Zhang, Zhang, Su, Wang, & Wang, 2025)。吲哚衍生物的合成被认为是次要的代谢途径,其产物通常被归类为次级代谢产物(Meng et al., 2020)。由于它们的浓度较低,其在发酵食品中的功能价值尚未得到系统研究(Baral et al., 2025)。随着代谢组学和分子微生物学的发展,近年来的证据表明乳酸菌可以合成结构不同的多种吲哚衍生物,如吲哚-3-乳酸(ILA)、吲哚-3-乙酸(IAA)和吲哚-3-丙酸(IPyA)(X. Li, Zhang, Hu, & Zhao, 2021; Niu et al., 2025),这些化合物由色氨酸脱羧酶和色氨酸氨基转移酶等关键酶催化(Pan et al., 2023; S. M. Zhang, Wu, Hung, & Huang, 2025)。这些含有吲哚环结构的小分子化合物不仅通过调节微生物群落结构来延长食品保质期,还通过抗炎作用和调节肠道屏障功能等生理效应发挥作用。它们在“发酵食品-人类健康”关联中的潜在作用已成为研究热点。
然而,尽管对吲哚衍生物的功能进行了大量研究,该领域仍存在一些关键空白。首先,乳酸菌中吲哚衍生物的合成途径尚未完全阐明。不同乳酸菌菌株(如乳球菌和乳杆菌)中关键酶(如色氨酸酶)的调控机制存在差异,且产生吲哚衍生物的能力也存在显著差异(Pan et al., 2023)。其次,吲哚衍生物的生物活性与其结构之间的关系尚未完全理解(B. Liu et al., 2025)。第三,环境因素(菌株类型、温度、pH值和底物浓度)对发酵过程中吲哚衍生物生成的影响尚不清楚,这使得定向调控变得困难(Ye et al., 2022)。此外,关于吲哚衍生物在食品基质中的稳定性及其与其他活性成分(如肽和多糖)的相互作用的研究也缺乏系统性(Pan et al., 2023)。
本综述整理了在发酵食品中产生吲哚衍生物的乳酸菌菌株资源,明确了Lactiplantibacillus和双歧杆菌等优势菌属的分布特征及其产生的吲哚衍生物类型,系统阐述了乳酸菌产生吲哚衍生物的合成途径和关键调控酶,以及它们在调节发酵食品品质和开发功能性产品方面的应用潜力。除了识别现有的研究空白外,还提出了未来研究的战略方向,包括利用合成生物学进行菌株工程和系统评估食品基质兼容性。最终,这项工作旨在阐明乳酸菌介导的吲哚生物合成、发酵食品生态系统与人类健康之间的复杂联系,从而填补现有文献中的关键空白,并为功能性发酵食品的设计提供理论基础。