《Food and Bioproducts Processing》：The Aroma Characteristics of Co-Fermented Quinoa and Black Barley with
Lentilactobacillus kisonensis
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微生物发酵可改善谷物食品感官特性。本研究以Lentilactobacillus kisonensis发酵藜麦、黑麦及其混合物为对象，通过SPME-GC-MS和ROAV分析发现，单一发酵分别形成以 Cumene（藜麦）和 2-pentylfuran（黑麦）为代表的香气特征，共发酵通过代谢协同作用抑制了 Cumene 和 Indole 等不良气味，优化了芳香层次，形成 supernatant（β-damascenone 和 nonanal 为主的水果青草香）与 precipitate（2-pentylfuran 和 dimethyl trisulfide 为主的热烤谷物香）两种差异化香气体系，且90%以上VOCs富集于沉淀相。
李文婷|聂潘|林子涵|魏芬芬|吴燕|宋丽华
上海交通大学农业与生物学院食品科学与技术系，上海200240，中国
摘要
微生物发酵是一种有效改善谷物食品感官特性的策略。本研究使用Lentilactobacillus kisonensis（旧称Lactobacillus kisonensis）对藜麦、黑大麦及其混合物进行发酵。通过SPME-GC-MS分析挥发性有机化合物（VOCs）的分布特征，并根据相对气味活性值（ROAV）鉴定关键香气化合物。不同的底物组成导致了不同的代谢途径：发酵后的藜麦富含芳烃化合物如 Cumene，而黑大麦则富含杂环化合物如2-戊基呋喃。共发酵整合了这些不同的风味特征，抑制了不良VOCs（如Cumene、Indole）的同时，优化了香气层次，并降低了二甲基三硫化物和二甲基二硫化物的风味强度，从而形成了两种独特的香气特征：上清液中呈现果香和草香（以β-damascenone和非烷为主），沉淀物中则呈现烤焦和谷物香气（以2-戊基呋喃和二甲基三硫化物为主）。此外，上清液和沉淀物中的VOCs分布和组成存在显著差异：超过90%的VOCs保留在沉淀物中，如苯乙醇、乙酰醇和糠醛等赋予甜味和焦糖香味的化合物仅积聚在沉淀物中。根据途径分析，这些VOCs的形成与碳水化合物和氨基酸的降解、脂质氧化以及类胡萝卜素的裂解密切相关。总体而言，藜麦-黑大麦共发酵通过底物互补和代谢协同作用实现了香气的平衡形成，减少了不良风味，同时增强了理想的感官属性。
引言
藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）是一种近年来受到广泛关注的伪谷物，因为它富含营养物质（如高质量蛋白质、膳食纤维和维生素）和功能性活性化合物（如多酚和黄酮类）（Graf等人，2015；Guo等人，2025）。我们之前的研究发现，藜麦在预防非酒精性脂肪肝病（NAFLD）方面具有显著的健康效果（Song等人，2021；Zhong等人，2023）。同样，黑大麦作为一种有色全谷物，也因其富含蛋白质、膳食纤维、维生素、矿物质、花青素和酚类而被认为是有益健康的食品（Guan等人，2019；Wang X K等人，2025）。然而，藜麦的不愉快味道（苦味）、气味以及黑大麦的粗糙质地限制了其消费者接受度（Han等人，2019；Jiang等人，2024）。
微生物发酵是最古老且应用最广泛的食品加工技术之一，能够提高食品的营养价值、感官质量和储存性能（Garrido-Galand等人，2021；Viretto等人，2025）。在全谷物加工中，发酵因能够将碳水化合物、脂质和蛋白质等宏量营养素转化为多种代谢物而受到越来越多的关注，这些代谢物决定了食品的风味和营养特性（Guneser等人，2022；Montemurro等人，2025）。乳酸菌（LAB）和酵母是谷物发酵中常用的微生物（Ashaolu等人，2025；Romanens等人，2019；Syrokou等人，2021），LAB酶将复杂的营养物质水解为较小的分子，产生挥发性化合物（如醇类、醛类、酯类和酸类）和非挥发性化合物（如氨基酸、糖类和5′-核苷酸），这些化合物定义了发酵产品的特征香气和味道（Peyer等人，2016）。发酵还有助于减少不良成分，同时富集生物活性化合物。例如，用Lactobacillus plantarum发酵藜麦可以显著降低皂苷含量并改善其风味（通过去除苦味）（Bolivar-Monsalve等人，2018）。我们之前的研究还表明，藜麦与黑大麦的共发酵不仅降低了皂苷含量，还提高了多酚和黄酮类含量，并表现出更强的α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性，表明风味得到改善且具有潜在的健康益处（Jiang等人，2024）。
底物组成和发酵条件是影响次级代谢物生物合成的关键因素，尤其是挥发性风味化合物（Fritsch等人，2015；Portela等人，2022）。Ritter等人（2022）证明，结合优化的底物和特定的发酵参数可以提升豆类基饮料的感官特性（Ritter等人，2022）。这种改善源于适当的底物为LAB的生长和代谢提供了最佳环境，不仅促进了风味前体的生成（如有机酸、氨基酸和还原糖），还调节了内源性酶的活性，从而提升了发酵谷物产品的感官属性。类似地，Freire等人（2017）观察到使用乳酸菌-酵母共培养的玉米和玉米-大米混合物具有不同的风味特征，尽管两者在感官可接受性上相当。这些发现表明，在定制条件下发酵混合谷物底物可以有效提升全谷物产品的风味复杂性。
鉴于藜麦和黑大麦的高营养价值，我们之前基于多酚和黄酮类含量优化了它们的共发酵工艺（Huibin等人，2024；Jiang等人，2024）。然而，共发酵的风味特性仍不明确。因此，本研究旨在利用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）和相对气味活性值（ROAV）分析技术，表征L. kisonensis发酵藜麦（Q）、黑大麦（BB）及其混合物（QBB）中的关键香气化合物。此外，我们还通过分析和比较不同底物中挥发性化合物的分布模式，探讨了香气形成的潜在机制。
材料
黑大麦（H. distichum L.）由青海风华绿色生态农业合作社提供（中国青海）。藜麦种植在青藏高原的乌兰县（海拔4000米的山区旱地），由青海三江沃土生态农业科技有限公司提供（中国青海）。L. kisonensis（JCM15041）由华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室捐赠（上海）。
发酵前后挥发性成分的总体变化
使用HS-SPME-GC-MS技术分析了发酵前后谷物上清液和沉淀物中挥发性风味成分的总离子色谱图（TICs），结果见图S1。发酵后样品与发酵前样品之间的色谱峰存在显著差异。上清液中检测到78种挥发性化合物（表1），沉淀物中检测到95种（表2）。其中，45种化合物同时存在于两种组分中（图1A）。
结论
总之，本研究表明，藜麦与黑大麦的共发酵通过底物互补和代谢协同作用有效调节了挥发性成分的分布。藜麦发酵产物主要以芳香化合物为主，而黑大麦发酵产物富含杂环化合物。共发酵抑制了关键的不良风味（如Cumene、Indole），减弱了硫衍生物的风味，并增强了有益成分的形成。
作者贡献声明
聂潘：方法学、研究设计、概念构建。林子涵：方法学。魏芬芬：验证。吴燕：验证。宋丽华：撰写-审稿与编辑、验证、监督、资金获取。李文婷：撰写-审稿与编辑、初稿撰写、可视化、数据分析、概念构建
未引用参考文献
Ang和Boatright，2003；Blagden和Gilliland，2005；Bott和Chambers，2006；Hua和Xu，2011；Keatkrai和Jirapakkul，2010；Lam和Proctor，2003；Martin和Osorio，2019；Pyo和Jung，2024；Rodrigues和Fernandes，2023；Wang等人，2019；Wang等人，2022。
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：32172221）的资助。
