构建含有Komagataeibacter属菌株的合成微生物群落用于康普茶生产：对生物活性化合物、功能特性及感官品质的影响

《Food Microbiology》：Constructing synthetic microbial communities containing Komagataeibacter spp. for kombucha production: Impacts on bioactive compounds, functionality and sensory profiles

康普茶定制化微生物群落构建及功能优化研究。通过筛选糖酸代谢、生物膜形成等关键菌株，设计K. intermedius等Komagataeibacter重组群落，显著提升酸含量（18.5 mg/mL）、抗氧化活性及风味物质总量（3421.8 μg/L），电子感官分析验证定制产品感官优势。

　　

石奇丽|舒慧胡|余和珍|卢杰楚|邢楠王|袁亚红|岳天利|蔡瑞|周莉王

中国陕西省杨凌市西北农林科技大学食品科学与工程学院，邮编712100

摘要

康普茶是一种传统的发酵饮料，其特点是具有共生微生物群（MC），但实现产品质量的一致性仍然是一个主要挑战。本研究旨在构建优化的合成微生物群，以提高定制康普茶的生物活性、功能性和感官特性。通过将不同的Komagataeibacter物种（K. intermedius (Ki)、K. oboediens (Ko)、K. rhaeticus (Kr)、K. xylinus (Kx)、K. saccharivorans (Ks)与G. potus (Gp)、S. davenportii (Sd)和Z. bailii (Zb)结合，设计了五种重组微生物群。根据关键糖-酸代谢、生物膜形成、生长动力学和抗菌活性对主要微生物群进行了筛选。定制的Kx-Gp-Sd-Zb显示出最高的D-葡萄糖醛酸含量（18.5 mg/mL），显著高于自然发酵产物（TK，3.4 mg/mL）。抗氧化实验表明，大多数微生物群与TK具有相当的自由基清除活性。重组后的K. intermedius表现出更强的消化酶抑制活性（α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶），而Ks-Gp-Sd-Zb显示出最高的吸附能力（46.9 mg/g）。在模拟的胃肠道条件下，Kx-Gp-Sd-Zb的生物可利用性最高（80.9%）。Kr-Gp-Sd-Zb产生的生物膜产量最高。安全性评估基于Galleria mellonella模型确认无毒性（100%的幼虫存活率）。挥发性成分分析鉴定出56种化合物，其中Ki-Gp-Sd-Zb的总含量最高（3421.8 μg/L）。Kx-Gp-Sd-Zb含有较高比例的酚类、酯类、酮类和醛类化合物，17种关键挥发性成分（rOAV ≥ 0.1）赋予了独特的风味特征。电子和感官评估显示，三种重组微生物群在可接受性方面优于TK。感官评估表明，定制康普茶的香气评分与风味和电子感官分析结果一致。

引言

传统康普茶是由细菌和酵母（SCOBY）与糖和茶共同发酵制成的饮料（Li, Liu等人，2023）。它是微生物群（MC）发酵系统的典型产物（Wang等人，2018）。作为MC发酵的典型产物，其独特的品质源于自然发酵过程中复杂的微生物多样性。然而，不可控制的自然发酵方式直接影响其微生物结构，导致品质的差异和不稳定性（Huang，2024；Jia等人，2021；Zeng等人，2022）。这种不一致性可能源于缺乏标准化的康普茶微生物群（Morales，2020）。康普茶中的微生物群受环境、地理因素以及发酵参数（如温度、时间、接种源、茶种、糖类型和氧气供应）的影响（Leonarski等人，2022；Tran等人，2022）。此外，发酵过程中微生物群动态发生变化，不同物种的数量会波动。这些相互作用及其相关的生化反应最终决定了饮料的生物活性和感官特性（Ariff等人，2023；Morales，2020）。与欧洲和北美相比，中国关于康普茶微生物稳定性的研究仍然有限。尽管康普茶具有作为天然发酵剂的潜力，但尚未实现标准化的大规模工业生产。我们之前的工作确定了中国传统康普茶中的关键功能微生物，发现虽然微生物组成因地区或发酵条件而异，但主要属包括Gluconobacter、Komagataeibacter、Starmerella和Zygosaccharomyces（Li, Wang等人，2024；Li, Wang等人，2023）。其他国家关于康普茶发酵过程的研究中，报道的主要酵母包括Zygosaccharomyces、Brettanomyces和Candida。主要的醋酸菌（AAB）属于Komagataeibacter、Gluconobacter和Acetobacter属（Diez-Ozaeta和Astiazaran，2022）。为了探索稳定性的普遍机制，需要一个简化、可自我复制、可培养且易于操作的微生物群系统。创建一个在结构简化、稳定性和生产应用性方面都具备标准的康普茶微生物群模型至关重要（Wolfe等人，2014）。

康普茶作为一种发酵茶，含有多种生物活性化合物，包括黄酮类、多酚和葡萄糖酸（Ferreira de Miranda等人，2023；Huang，2024；Leonarski等人，2022；Liang等人，2024）。现有研究表明，康普茶具有多种治疗特性，包括免疫调节、抗增殖作用、降胆固醇、降压、降血糖和抗糖尿病潜力、抗肿瘤和抗炎作用、保护肝脏功能、益生菌益处，以及抗菌和抗氧化活性（Ariff等人，2023；Bortolomedi等人，2022；Diez-Ozaeta和Astiazaran，2022；Morales，2020）。许多研究人员从康普茶中成功分离出了许多表现出优异发酵特性的高性能菌株（Li, Liu等人，2025；Li, Wang等人，2024；Tu等人，2020）。这为多菌株协同发酵提供了一种可能策略，从而产生能够增强功能性代谢物产生的定制微生物群（Li, Xu等人，2022a；Li, Liu等人，2023）。

目前，多菌株接种已成为发酵行业的一种创新方法。这种方法显示出高生物效率，并成为未来益生菌饮料的市场焦点。多项研究表明，合理设计微生物联合体可以显著提高康普茶的发酵性能。适当选择的发酵剂有助于调节有机酸的产生，缩短发酵时间，并增强葡萄糖醛酸和葡萄糖酸等关键代谢物的形成（Nguyen等人，2015）。使用不同组合的酵母和醋酸菌（包括工程菌株和本地分离株）的研究一致报告了酚类和黄酮类含量的增加、更强的抗氧化活性以及改善的风味质量。在某些情况下，多物种联合体还实现了更稳定和高效的发酵过程。总体而言，证据表明，构建良好的微生物联合体可以有效引导康普茶发酵，产生更理想的代谢物谱型、更好的感官属性和更高的生产稳定性（Kilmanoglu等人，2024；Li, Xu等人，2022b；Liao等人，2025；Shi等人，2023；Wang等人，2020）。我们的系列研究表明，Komagataeibacter属菌株是中国不同地区收集的康普茶中最丰富和占主导地位的菌株（Li, Wang等人，2023；Li, Zhang等人，2025）。这些细菌可以利用碳源产生细菌纤维素并生成醋酸，从而在竞争中胜过其他微生物。在之前的工作中，我们分离出了几种Komagataeibacter物种，包括K. intermedius、K. oboediens、K. rhaeticus、K. xylinus和K. saccharivorans（Li, Liu等人，2025；Li, Wang等人，2024）。这些发现为构建含有Komagataeibacter属菌株的标准化康普茶微生物群提供了坚实基础。因此，多菌株协同发酵策略是一种提高风味特性、营养价值和生物活性以及提高效率和产品一致性的新方法（Gao, Yang等人，2025）。这些研究为微生物群动态及其对最终产品质量的影响提供了宝贵的见解。

本研究旨在筛选和表征参与康普茶发酵的关键功能微生物，以开发出确保产品质量一致性的优化合成微生物群。首先，根据关键功能参数（包括糖-酸代谢、生物膜形成能力、生长动力学和抗菌特性）对关键微生物菌株进行了筛选。随后，设计了一种以Komagataeibacter属为主的定制共生微生物群模型，以优化生物活性、功能特性和感官特性。分别分析了物理化学特性、关键有机酸、抗氧化活性、消化酶抑制作用、脂质吸附能力、生物可利用性和安全性。此外，还通过挥发性化合物分析评估了风味质量。使用电子鼻和电子舌模拟人类感官感知，并结合感官特性进行多变量统计分析，以全面评估定制微生物群的感官特性。本研究为功能微生物群的合理设计提供了科学框架，为开发具有精确控制和可定制功能特性的康普茶产品提供了理论基础。

部分摘录

醋酸菌（AAB）和酵母菌株

先前的研究从不同地区的自然发酵康普茶中分离并鉴定出了10种代表性的AAB和酵母菌株（表1）（Li, Liu等人，2025；Li, Wang等人，2024）。这些研究表明，所选菌株在微生物群中的丰度相对较高（Li, Wang等人，2023；Li, Zhang等人，2025）。此外，筛选出的AAB显示出明显的产酸能力，而酵母菌株则表现出强烈的发酵能力

典型茶-糖发酵系统中关键菌株的糖-酸比例

表2显示了从自然发酵康普茶中分离出的关键AAB和酵母菌株的各种基本物理化学特性。单菌株的代谢谱分析有助于后续的微生物群重建研究。酸度对康普茶特有的清爽风味至关重要（Chakravorty等人，2016）。在AAB中，G. potus和G. oxydans表现出优异的糖消耗和酸产生能力，酸度为27.6-32.5 g/L。

结论

结果表明，含有Komagataeibacter属菌株的特定设计的微生物群有效减少了菌株间的竞争干扰，同时提高了碳源利用效率。通过筛选关键功能参数（包括糖-酸转化、生物膜产生、TP和抗菌特性），成功开发出了优化的共生微生物群。与TK相比，定制康普茶表现出更优的性能，总酸度范围为

CRediT作者贡献声明

卢杰楚：项目管理、方法学、调查。邢楠王：资源、项目管理、方法学、正式分析。余和珍：监督、软件、资源、项目管理、方法学、调查。蔡瑞：软件、资源、项目管理、调查、资金获取。周莉王：写作——审稿与编辑、写作——初稿、可视化、监督、软件、资源、项目管理、方法学、调查，

未引用参考文献

Diez-Ozaeta和Astiazaran，2022；Gao等人，2025；Li等人，2022a；Li等人，2022b；Li等人，2022；Li等人，2023；Li等人，2024；Li等人，2023；Li等人，2025。

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所述的工作。

手稿已由所有列出的作者审阅并批准，没有其他符合作者资格但未列出的人员，且手稿中列出的作者顺序已得到所有人的认可。

我们已充分考虑了与知识产权相关的保护问题

致谢

本研究得到了陕西省重点研发项目（2024NC-ZDCYL-04-04）的支持。作者感谢西北农林科技大学食品科学与工程学院提供的仪器共享平台在GC-MS分析方面的帮助。