《Food and Bioproducts Processing》：Metabolomic and volatile compound analysis of lactic acid bacteria-fermented mulberry juice: Implications for functional beverage development
编辑推荐：
LAB发酵蓝莓汁可显著提升其多酚、花青素含量及抗氧化活性，同时改变挥发性风味和代谢谱，其中Lp.S58菌株感官评分最优，为功能性饮料开发提供新策略。
赵全周 | 赵宇婷 | 梁明 | 扎兰·佐尔特 | 王晨 | 索跃义
西南大学食品科学学院，中国重庆市北碚区天生路2号，400715
摘要
乳酸菌（LAB）发酵被广泛认为能够提升食品的感官和功能性特性。本研究探讨了三种不同乳酸菌菌株发酵桑果汁后的物理化学变化、风味变化以及代谢组学变化。结果表明，桑果汁是乳酸菌的良好生长介质，所有菌株在发酵24小时后细胞密度均超过8.0 log CFU/mL。同时，乳酸菌发酵增加了总酚含量（TPC）和总花青素含量（TAC），增强了果汁对α-淀粉酶和胰脂肪酶的抑制活性，并调节了其自由基清除能力和氨基酸组成。此外，挥发性分析（HS-SPME/GC-MS）和非靶向代谢组学（UHPLC-MS/MS）显示，发酵显著改变了果汁的风味和整体代谢物谱。这些变化共同提升了果汁的益生菌潜力及其感官特性。值得注意的是，用Lactiplantibacillus plantarum S58（Lp.S58）发酵的桑果汁获得了最高的感官评价分数。总之，这些发现为桑果汁的进一步加工提供了有价值的策略，并为开发乳酸菌发酵的功能性饮料提供了新的见解。
引言
桑树（Morus alba L.）是桑属的一种多年生落叶树，包含约24个物种，广泛分布于温带和亚热带地区。桑树因其多种药用成分而备受重视，其果实、叶子、枝条和根皮都具有这些特性（Liang等人，2023；Wang & Huang，2024）。桑果实是一种可食用的低热量浆果，富含膳食纤维、铁和多种生物活性化合物。它含有高水平的酚类化合物和黄酮类物质，尤其是花青素含量非常高（Memete等人，2022；Wang等人，2025）。研究表明，这种营养成分赋予了桑果多种药理作用，包括降脂、抗肥胖、抗糖尿病、抗肿瘤和抗衰老效果，以及预防酒精性脂肪肝的作用（Zhang等人，2018）。然而，尽管桑果产量高，但由于水分含量高（>70%）和质地脆弱（Herman等人，2022），其保鲜性较差。因此，采摘后和运输过程中品质会迅速下降。因此，进一步加工对于充分利用桑果并促进其商业化至关重要。
发酵是食品生产中最古老的生物技术之一，至今仍是现代食品工业的基石（Zapa?nik等人，2022）。这是一种有效的保存方法，利用了微生物（特别是乳酸菌（LAB）的代谢活性（Wang等人，2023）。乳酸菌以其独特的代谢能力和益生菌功能而著称，在工业食品发酵中发挥核心作用，并带来有益的生理效应（Zhang等人，2025）。发酵果汁因其独特的感官特性和潜在的健康益处而受到欢迎（Yuan等人，2024）。乳酸菌发酵是一种低成本的技术，可以延长果汁的保质期并改善其感官特性，同时释放生物活性化合物而不损害水果的原始营养成分（Crespo等人，2021）。这些特性使得乳酸菌发酵的果汁成为新型功能性饮料的有希望的来源（Ruiz Rodríguez等人，2021）。例如，用三种乳酸菌菌株发酵芒果汁显著增强了其抗氧化活性，这归因于产生了焦性没食子酸和1,2,3,4,6-O-五没食子酰葡萄糖（Liu等人，2025）。同样，Yang、Hou等人（2025）报告称，乳酸菌发酵苹果汁能够保留并产生更多种类的挥发性化合物。发酵是克服生桑果汁局限性的关键加工策略。尽管桑果营养丰富，但由于保质期短和感官特性不佳（尤其是味道较为单一），其工业应用受到限制（Liu等人，2025；Wang等人，2022）。此外，大多数关于发酵桑果汁的研究主要集中在植物化学成分（如总酚类和黄酮类）上，对风味变化和代谢组学变化的关注相对较少（Kwaw等人，2018；Yaqoob等人，2024）。同时，发酵带来的具体品质改善可能因所使用的乳酸菌菌株而异。因此，利用乳酸菌发酵桑果汁并阐明不同菌株如何影响发酵果汁的质量和功能性特性非常重要。
在本研究中，使用三种具有益生菌特性的乳酸菌菌株——Lactiplantibacillus plantarum S58、Limosilactobacillus fermentum SHY10和Lacticaseibacillus rhamnosus 2016SWU.05.0601，来研究其功能特性的变化（Bu等人，2024；Jiang等人，2025；Yang等人，2022）。随后，分别使用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱（HS-SPME/GC-MS）和非靶向代谢组学（UHPLC-MS/MS）分析了发酵对果汁中挥发性风味化合物和代谢物谱的影响。总之，本研究旨在为基于桑果开发功能性饮料提供新的策略。
材料与试剂
Lactiplantibacillus plantarum S58（Lp.S58，CCTCCNOM2019595）、Limosilactobacillus fermentum SHY10（Lf.SHY10，CCTCCNOM2020042）和Lacticaseibacillus rhamnosus 2016SWU.05.0601（Lr.0601，CCTCCNOM2018592）均来自西南大学食品科学学院611实验室的菌株资源库。桑果实购自中国重庆市北碚区的一家当地超市。2-辛酮（≥99.5%）由Macklin公司提供。
活菌计数、pH值和总可滴定酸的变化
活菌计数被用作乳酸菌在桑果汁中发酵性能和生长的关键指标。如图1A所示，接种了Lp.S58、Lf.SHY10或Lr.0601的发酵桑果汁（FMJ）在最初的0–24小时内菌落数量呈指数增长，随后在24–48小时趋于稳定。最大活菌计数分别为Lp.S58-、Lf.SHY10-和Lr.0601-发酵果汁的9.10 ± 0.01、10.07 ± 0.03和8.81 ± 0.06 log CFU/mL，均超过了8.0 log
结论
研究表明，乳酸菌发酵桑果汁是一种有前景的策略，可以潜在地提升果汁的风味和功能性特性。乳酸菌菌株在桑果汁中表现出强劲的生长能力，导致总酚含量（TPC）和总花青素含量（TAC）升高，同时改变了果汁的颜色。发酵还调节了关键酶（α-淀粉酶和胰脂肪酶）的活性，并优化了氨基酸组成。
作者贡献声明
扎兰·佐尔特：研究。梁明：研究。赵宇婷：研究、概念化。赵全周：写作——审阅与编辑、撰写——初稿、方法学、研究、数据管理、概念化。索跃义：监督、方法学、资金获取、概念化。王晨：监督、方法学
未引用的参考文献
Jiang等人，2025；Kwaw等人，2018；Liu等人，2025；Luo等人，2024；Wu等人，2025；Yang等人，2025。
利益冲突声明
作者声明没有可能影响本文工作的利益冲突。
致谢
本工作得到了中国国家重点研发计划（2024YFE0213900）的支持。
