苯丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸和亮氨酸对乳酸菌发酵芹菜的成分和风味的影响

《Food Bioscience》：Effects of Phenylalanine, Valine, Isoleucine, and Leucine on the Composition and Flavor of Lactic Acid Bacteria-Fermented Celery

发酵芹菜泥中添加苯丙氨酸可显著提升挥发性风味物质如苯乙醛和芳樟醇的生成，并激活苯丙烷代谢途径，而其他支链氨基酸效果较弱。

　　

曾颖颖|何薇薇|李宇浩|尹俊毅|谢明勇

中国-加拿大食品科学与技术联合实验室（南昌）食品科学与资源国家重点实验室，江西省生物活性多糖重点实验室，南昌大学，南昌，330047，中国

摘要

发酵芹菜泥因其低热量和健康益处而受到重视。然而，其特有的草本风味常常限制了消费者的接受度。本研究探讨了添加四种氨基酸（缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸，尤其是苯丙氨酸）对三种乳酸菌（包括Lactiplantibacillus plantarum NCU116、L. casei NCU215和L. acidophilus NCU402）发酵芹菜泥的影响。在所有实验中，苯丙氨酸的添加显著增强了代谢活性和香气形成。氨基酸的添加加速了NCU116和NCU215发酵过程中的酸化及微生物生长，而对NCU402的影响较小。苯丙氨酸显著增加了花香和果香挥发性物质的含量，使苯乙醛（约增加23倍）、苯乙醇（约增加3倍）、芳樟醇（约增加2倍）和1,4-二甲基-4-乙酰-1-环己烯（约增加1.25倍）。相比之下，缬氨酸、异亮氨酸和亮氨酸的影响主要体现在能量代谢和整体挥发性物质平衡上。代谢组学分析显示，苯丙氨酸激活了苯丙烷类和莽草酸途径，表明其增强了芳香代谢，而其他氨基酸主要调节了糖酵解/TCA循环相关的能量代谢。这些发现表明，苯丙氨酸作为重要的外源前体，在NCU215发酵的芹菜泥中对芳香代谢和挥发性物质的形成起着关键作用，为提高植物基发酵食品的感官接受度和功能性质量提供了机制上的见解和实用策略。

引言

芹菜（Apium graveolens L.）是一种属于伞形科的二年生或一年生草本植物，原产于地中海和中东地区，广泛作为蔬菜作物种植。芹菜热量低且水分含量高，是健康饮食的理想选择。除了维生素、蛋白质和碳水化合物等常见营养成分外，芹菜还含有黄酮类、萜类、脂肪酸、矿物质、邻苯二甲酸酯和氨基酸等生物活性化合物（Li等人，2020年）。芹菜在传统医学中有着悠久的应用历史，传统实践和现代药理学研究均表明它具有多种健康益处，如抗炎、抗氧化、抗菌、降压、抗糖尿病和保肝作用（Daoud等人，2025年）。然而，由于其独特的苦味和草本风味，以及作为独立成分的局限性，导致消费者接受度较低，从而限制了其在食品加工行业中的应用，尤其是在发酵产品中。

乳酸菌（LAB）发酵被广泛应用于水果和蔬菜的加工中，尤其是在提升风味、改善感官特性和延长保质期方面（Yang等人，2024年）。LAB在发酵过程中的主要作用是将碳水化合物代谢为乳酸，从而快速酸化食品基质，延长产品保质期并提高微生物安全性。此外，大多数LAB菌株还参与了发酵食品中风味化合物的形成，包括醛类、酯类、杂环化合物、醇类、酸类、萜类、酮类以及含氮和含硫化合物（Hu等人，2020年）。然而，对发酵36小时和48小时的芹菜进行的初步感官评估显示，消费者偏好仍然较低。尽管保质期得到了延长，但发酵引起的风味变化并未完全符合消费者的期望，因此发酵芹菜产品的市场接受度仍然有限。因此，改善发酵芹菜的风味特性是提高其感官接受度和增强市场竞争力的关键策略。

水果和蔬菜泥中的游离氨基酸显著影响发酵过程中的风味质量，支链氨基酸和芳香氨基酸是香气化合物的关键前体（Yvon等人，2000年）。这些氨基酸通过LAB发酵可以转化为多种芳香挥发性化合物，如醇类、醛类和酯类，从而改善发酵产品的风味。例如，研究显示四种氨基酸（缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸）对合成葡萄泥（Fairbairn等人，2017年）、发酵木瓜酒（Lee等人，2016年）和豆浆（Chua等人，2020年）风味的影响表明它们具有增强风味的作用。在荔枝酒发酵过程中，添加芳香氨基酸显著增加了花香和果香化合物的生成。相比之下，L-色氨酸和L-酪氨酸的添加对挥发性物质的影响较小（Chen等人，2014年）。同样，在Levilactobacillus brevis WLP672培养中，添加苯丙氨酸使苯乙醇的峰值面积最大，这是一种具有典型花香的化合物（Rajendran等人，2024年）。这些发现表明，氨基酸补充可以丰富LAB发酵芹菜的风味化合物谱，同时保持其营养价值。值得注意的是，缬氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸和亮氨酸的补充似乎具有特别显著的效果。

大多数关于氨基酸衍生风味形成的研究集中在基于酵母的发酵过程中，特别是在啤酒和葡萄酒等酒精饮料中，其中氨基酸的可用性和代谢影响挥发性香气化合物的生成（Lu等人，2023年）。虽然LAB参与氨基酸代谢并影响发酵食品的风味形成，但LAB将补充的氨基酸转化为挥发性风味化合物的具体途径尚未完全明了（Ali等人，2025年；Liu等人，2008年）。LAB利用不同的酶途径（如转氨酶和脱羧酶）将氨基酸转化为挥发性和非挥发性化合物（Li等人，2016年）。阐明LAB发酵芹菜中的这些机制可以填补知识空白，并为优化植物基LAB发酵产品的风味提供理论基础。因此，基于上述研究，我们采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）和代谢组学的方法，系统分析LAB发酵过程中氨基酸的动态变化和香气形成途径。这将为未来水果和蔬菜发酵的风味改进提供坚实的理论基础，并为发酵产品的风味优化提供更强的理论支持。

材料

本研究中使用的芹菜品种（Apium graveolens var. dulce）来自中国江西省南昌的天虹超市。L. plantarum NCU116、L. casei NCU215和L. acidophilus NCU402由中国江西省南昌市南昌大学食品科学与技术国家重点实验室提供。De Man、Rogosa和Sharpe（MRS）琼脂及肉汤培养基由中国山东省青岛市高科技工业园区的海博生物技术有限公司提供。

pH值、活菌计数和可滴定酸度的变化

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结论

本研究系统阐明了四种外源氨基酸（缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸）对三种LAB菌株发酵芹菜泥的性能和风味发展的调控作用。在测试的菌株中，L. casei NCU215表现出最佳的发酵效率，其特征是快速酸化、旺盛的生长和丰富的挥发性代谢物。氨基酸的添加对不同菌株的挥发性化合物产生了特定的影响。

作者贡献声明

曾颖颖：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，数据整理。李宇浩：撰写——审稿与编辑。何薇薇：撰写——审稿与编辑。谢明勇：资源协调，项目管理，资金筹集。尹俊毅：撰写——审稿与编辑，项目管理，概念构思

未引用的参考文献

Li等人，2025年；Liu等人，2023年；Liu等人，2025年。

资助

感谢国家自然科学基金重点项目的财政支持（编号：32130082）。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。所有作者均已批准最终稿件，并同意作者的排序和署名顺序。不存在与知识产权或出版相关的限制。通讯作者负责与期刊的沟通。