Saccharomycopsis fibuligera、Lactobacillus plantarum及其共培养发酵对紫甘薯面粉抗氧化活性、理化性质和风味特性的影响

《Food Research International》：Effects of Saccharomycopsis fibuligera, Lactobacillus plantarum, and their co-culture fermentation on the antioxidant activity, physicochemical and flavor properties of purple sweet potato flour

紫薯粉单菌与混合发酵对理化性质、抗氧化活性及风味的影响研究表明，36小时共发酵（S. fibuligera与L. plantarum）显著提升总酚（14.66 mg GAE/g DW）、总黄酮（2.03 mg RE/g DW）及抗氧化活性（DPPH 90%，ABTS? 94.62%），抑制淀粉回生（ setback viscosity↓34.3%），并生成13种关键香气物质（如芳樟醇）。

　　

董雅婷|刘琳娜|徐超|王小杰|艾志璐|范慧萍|索彪

中国河南省郑州市河南农业大学食品科学与技术学院

摘要

本研究探讨了使用Saccharomycopsis fibuligera和Lactobacillus plantarum进行单菌培养和共培养发酵对紫甘薯粉（PSPF）的物理化学性质、抗氧化活性、单体酚类化合物及风味特性的影响。与未发酵的对照组相比，所有发酵处理均显著降低了pH值（P<0.05）并增加了总滴定酸度。无论是S. fibuligera单菌培养还是共培养发酵，均提高了总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC），其中36小时共培养处理的TPC（14.66 mg GAE/g DW）和TFC（2.03 mg RE/g DW）最高。36小时共培养发酵的PSPF表现出较强的抗氧化活性，2,2-二苯基-1-吡啶肼（DPPH）和2,2'-偶氮双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS⁺）自由基清除能力分别达到90%和94.62%。值得注意的是，发酵显著改变了单体酚类化合物的组成。此外，发酵显著改善了PSPF的糊化特性，所有处理均显著降低了回粘度（最多降低34.3%），表明淀粉老化受到显著抑制。顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱（HS-SPME-GC–MS）分析鉴定了36小时发酵样品中的142种挥发性有机化合物（VOCs）。正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和相对气味活性值（ROAV）方法确定了13种关键香气化合物（KACs）。共培养发酵产生了独特而和谐的风味特征，其独特的香气化合物芳樟醇赋予了产品花香风味，并且总酯类含量比对照组增加了82.86%。总之，共培养发酵协同增强了抗氧化活性，改善了糊化特性，形成了更复杂且令人满意的风味特征，显示出其在食品工业中高价值利用的巨大潜力。

引言

紫甘薯是Ipomoea batatas的一个重要品种，因其富含花青素、氨基酸、膳食纤维、维生素、胡萝卜素和多种矿物质而受到广泛关注。研究表明，紫甘薯具有显著的抗氧化活性，能够调节血脂、增强免疫力等生理功能，是一种具有巨大开发潜力的功能性食品原料（Ivane等人，2024年）。此外，紫甘薯的氨基酸组成较为均衡。作为谷物基食品的潜在成分，它特别富含赖氨酸，可以弥补大米和小麦等谷物中赖氨酸的不足，进一步凸显了其营养价值（Bai、Zeng等人，2025年）。为了便于储存和运输，新鲜紫甘薯通常通过一系列工业工艺（如清洗、切片、干燥和研磨）加工成粉状产品（紫甘薯粉，PSPF）。PSPF已被广泛应用于各种配方食品中，如面包、饼干、面条、零食和饮料等（Ivane等人，2024年）。然而，原始PSPF在商业应用中存在诸多限制。首先，PSPF中的麦谷蛋白分子量较小，醇溶蛋白含量低，用作面团添加剂时可能导致面团加工特性的显著变化，从而影响产品质量（Bai、Zeng等人，2025年）。其次，PSPF容易发生淀粉老化，导致产品质量下降（Zhang等人，2023年）。因此，开发适当的技术干预措施以提高PSPF的加工适应性、功能性活性和风味特性，对于其在食品工业中的高效利用至关重要。

发酵技术作为一种绿色健康的食品加工方法，已被广泛应用于改善食品品质、提高功能性成分的利用率以及增强产品的感官特性。乳酸菌（LAB）和酵母是最常用的微生物菌株。作为LAB的关键成员，Lactobacillus plantarum具有广泛的生长温度范围、厌氧或兼性厌氧代谢能力以及对复杂食品基质的强适应性，使其在食品和工业发酵领域具有广泛的应用潜力。具体研究表明，L. plantarum的发酵可以增加枸杞汁中的生物活性化合物（如酚类和黄酮类）的含量（Xie等人，2023年），并改善红曲米的风味和整体品质（Gong等人，2024年）。此外，L. plantarum的发酵通过改变直链淀粉含量、降低分子量以及改变支链淀粉的结构，显著改变了糯小米淀粉的组成和结构，从而提高了吸水膨胀能力和凝胶形成能力，同时降低了糊化粘度（Bian等人，2022年）。Saccharomycopsis fibuligera是一种常见于高淀粉基发酵食品中的微生物，能分泌一系列关键酶系，包括α-淀粉酶、酸性蛋白酶和β-葡萄糖苷酶。这些酶在营养转化（如促进淀粉和蛋白质水解为可利用的小分子）和风味形成中起着不可或缺的作用，例如在面包制作的传统酸面团、白酒生产的Chinese Daqu发酵剂以及韩国Makgeolli酒的Nuruk发酵中（Tang、Xing、Li等人，2024年）。

尽管L. plantarum和S. fibuligera各自的潜力已被认可，但它们的代谢特性表现出显著的互补性。一方面，L. plantarum通过产酸和代谢活动有效分解植物细胞壁，释放结合态酚类化合物，从而显著增强系统的抗氧化活性（Xie等人，2023年；Zhao等人，2025年）。然而，L. plantarum单菌培养产生的风味化合物种类有限，且可能积累过多的有机酸（如醋酸），导致不愉快的气味。另一方面，S. fibuligera>通过分泌多种淀粉酶和蛋白酶，高效地将PSPF中的淀粉和蛋白质降解为更易利用的小分子（Chi等人，2009年）。这一过程不仅支持微生物生长，还有助于形成复杂的风味特征。这种代谢相互作用在多种谷物系统中得到了验证。例如，在小麦麸皮中S. fibuligera和Limosilactobacillus fermentum的共培养不仅促进了植酸的降解，还显著丰富了酯类挥发性化合物的含量（Tang、Xing、Suo等人，2024年）。类似地，Khan等人（2020年）证明LAB和酵母的共培养显著增加了挤压糙米中游离、结合和结合态酚类及黄酮类的含量，使其氧自由基吸收能力（ORAC）提高了88%，并改善了酚类在胃消化后的生物可利用性。总体而言，这些发现突显了共培养发酵在提升谷物基产品感官风味特性和功能性活性方面的巨大潜力。

尽管酵母和LAB发酵在谷物产品中的益处已得到证实，但对其单独作用及联合作用的系统比较仍缺乏。现有的关于PSPF的研究主要集中在单菌培养或其他加工技术上；S. fibuligera和L. plantarum等互补菌株之间的代谢协同作用尚未得到充分研究。为填补这一空白，本研究旨在对PSPF进行单菌培养（使用S. fibuligera或L. plantarum单独培养）和共培养发酵进行全面比较分析。为此，研究动态监测了整个发酵过程中的关键质量指标，包括pH值、总滴定酸度（TTA）、活菌计数、总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）、体外抗氧化活性、糊化特性和单体酚类化合物。同时，使用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱（HS-SPME-GC–MS）对发酵前后挥发性化合物进行了分析，并进行了多元统计和风味组学分析。最后，为了将这些化学变化与感官体验直接联系起来，进行了描述性感官评估，以评估不同发酵策略对发酵PSPF感官特性的影响。这些发现有望为合理选择微生物菌株以优化PSPF质量提供理论基础，从而促进其在增值食品中的应用。

材料与试剂

PSPF购自中国山东省青岛市青岛岚山农业科技发展有限公司。其基本成分如下：水分（6.39±0.16%）、脂质（2.14±0.07%）、蛋白质（6.74±0.44%）和总淀粉（71.08±1.45%）。微生物菌株S. fibuligera ACX0044和L. plantarum ACX0158从传统中国酸面团中分离出来，并保存在我们的河南农业大学实验室菌种库中

发酵PSPF的pH值、TTA和微生物种群动态

pH值是反映微生物生长和代谢的关键指标，因为它直接影响发酵基质中的酶活性并决定最终产品的食用品质。同时，TTA是量化滴定酸度变化的直接指标（Marco等人，2017年）。如图1A所示，经过三种发酵处理的PSPF的pH值随发酵时间的延长而显著降低（P<0.05）。这一现象主要

结论

研究表明，S. fibuligera和L. plantarum的共培养发酵是提高PSPF品质的有效策略。36小时共培养协同增强了生物活性化合物和抗氧化活性，同时有效抑制了淀粉老化，表现为回粘度的显著降低，可能延长了基于PSPF产品的保质期。发酵还显著改变了挥发性有机化合物（VOCs）的组成。

CRediT作者贡献声明

董雅婷：撰写——原始草稿、方法学设计、实验研究。刘琳娜：软件操作、实验研究。徐超：数据分析。王小杰：资源获取、数据管理。艾志璐：结果验证。范慧萍：撰写——审稿与编辑、监督、资金筹集。索彪：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、资金筹集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2021YFD2100200/2021YFD2100201）和河南省自然科学基金重点项目（242300421201）的资助。