通过克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus）对罗望子果浆进行发酵过程中，对其物理化学性质、生物活性、风味特征及关键代谢产物的评估

《Food Bioscience》：Evaluation of Physicochemical Properties, Bioactivities, Flavor Profiles and Key Metabolites during Tamarind Pulp Fermentation by Kluyveromyces marxianus

利用克鲁伊氏酵母（Kluyveromyces marxianus）发酵番石榴果肉，通过物理化学特性、生物活性成分及挥发性化合物分析，结合代谢组学和转录组学技术，揭示了发酵过程中苹果酸显著积累（85.92→546.76 mg/100 mL）、挥发性物质（如3-甲基-1-丁醇、苯乙醇等）多样性提升及酵母代谢重编程机制。

　　

安娜·杨|袁春梅|黄思燕|宋子博|王涛|刘志佳|易俊杰|楚传祺

昆明理工大学食品科学与工程学院，中国昆明 650500

摘要

为了改善酸角的风味并提升其市场前景，使用Kluyveromyces marxianus对酸角果肉进行发酵。研究了酸角果肉的物理化学性质、生物活性成分及风味化合物。从代谢组学和转录组学的角度进一步探讨了发酵酸角果肉中风味形成的机制。发酵过程中，苹果酸含量从85.92 mg/100 mL显著增加至546.76 mg/100 mL。电子鼻分析表明，发酵酸角果肉的香气复杂性随时间增强。3-甲基-1-丁醇、苯乙醇、异戊酸乙酯和苯乙酸乙酯是主要的挥发性化合物。这些风味化合物的出现显著改变了酸角果肉的香气特征。然而，虽然酵母可能利用了这些风味贡献氨基酸来生成新的风味化合物并支持其生长，但酸角果肉中的风味氨基酸含量有所下降。转录组分析显示，丙酮酸代谢、氨基酸降解及氧化还原相关过程显著增强，为该酵母菌株的代谢重编程提供了分子证据。

引言

酸角（Tamarindus indica L.）是一种在亚洲、非洲和拉丁美洲广泛消费的热带水果，因其独特的酸甜口感和丰富的营养成分而受到重视（P?nar, 2014）。酸角通常被加工成果肉，用于生产饮料、调味品及其他产品。酸角果肉是有机酸、酚类化合物、维生素和矿物质的良好来源（Fagbemi等，2022；Singh等，2025；Sookying等，2022），这些成分赋予了酸角潜在的健康促进作用。然而，作为最受欢迎的酸角制品之一，酸角汁存在高度同质化、风味单一以及加工水平低的问题，导致其市场竞争力不足。因此，迫切需要开发新的加工方法和策略来提升酸角产品的竞争力。

近年来，生物技术方法（如发酵）被越来越多地用于提高植物性产品的感官品质、营养价值和稳定性。特别是酵母发酵被广泛应用于水果和蔬菜汁的生产中，有效提升了风味复杂性、生物活性化合物的含量和微生物安全性（Saud等，2024；Yuan等，2024）。传统的发酵主要依赖Saccharomyces cerevisiae（Praveen & Brogi, 2025），虽然该菌株在乙醇生产方面高效，但可能导致香气多样性有限。此外，消费者对无酒精饮料的需求也限制了S. cerevisiae的应用。因此，需要开发更多低乙醇或不产生乙醇的替代酵母菌株来发酵水果和蔬菜饮料。一些尝试已经取得成功。在蓝莓发酵饮料中，Torulaspora delbrueckii和S. cerevisiae的混合和顺序发酵改变了挥发性化合物组成，使乙醇酯含量增加，挥发性酸减少，总花青素含量比单独使用S. cerevisiae发酵提高了28–85%（Wang等，2023）。此外，Kluyveromyces marxianus不仅因其强大的发酵性能和香气生成潜力而受到关注，还因其益生菌特性（如改善肠道健康、抗氧化和免疫调节作用）而受到重视（Youn等，2024）。在比较Kluyveromyces marxianus和S. cerevisiae发酵苹果汁的研究中，两种菌株在碳和氨基酸代谢途径上存在差异（Zhang等，2022）。结果表明，K. marxianus产生的乙酸酯（尤其是乙酸乙酯和己酸乙酯）浓度更高，赋予苹果酒独特的果香，而S. cerevisiae则主要产生己酸乙酯、辛酸乙酯和癸酸乙酯（Zhang等，2022）。此外，K. marxianus在好氧条件下更倾向于进行呼吸作用而非发酵，产生的乙醇量较少，从而防止了乙醇过度积累（Bilal等，2022）。这些特性使其成为风味导向、精准控制的发酵理想菌株。本研究的目的不是生产果酒，而是开发一种低酒精、注重风味的发酵产品。因此采用了单菌株发酵模型，建立了一个可控且可重复的系统，以便更清晰地归因于酵母代谢对有机酸、挥发性化合物及关键代谢途径的变化，这对于多组学分析尤为重要。选择Kluyveromyces marxianus还基于初步实验结果，该菌株在pH值低至2.5的情况下仍具有强耐酸性，这与酸角果肉的生理条件高度相关。

为了评估使用K. marxianus发酵酸角果肉的可行性，我们使用从中国香格里拉地区发酵牦牛奶中分离出的耐酸菌株进行实验。系统地表征了发酵果肉的物理化学性质和生物活性，并监测了整个过程中风味挥发性化合物的动态变化。通过结合挥发性分析、代谢组学和转录组学分析，进一步阐明了关键香气化合物的生物合成途径和调控机制。研究结果表明，关键代谢和香气特征源于酵母代谢潜力与高酸度水果基质之间的相互作用，而不仅仅是菌株本身的特性。这些发现为酸角果肉发酵技术提供了理论基础，并为酸角的深度加工提供了实际指导，扩展了K. marxianus在新型饮料开发中的应用。

材料与微生物准备

酸角果肉购自云南茂都里集团有限公司。菌株Kluyveromyces marxianus KUST3801保存在昆明理工大学高原食品先进制造重点实验室的菌株库中。有机酸（草酸、乳酸、苹果酸、醋酸、柠檬酸、酒石酸、奎宁酸、琥珀酸和抗坏血酸）和维生素C来自上海阿拉丁生物化学技术有限公司（上海）。

发酵过程中酸角果肉的物理化学性质变化

在发酵的前48小时内，pH值没有显著变化。72小时后，酸角果肉的pH值从4.70降至4.61（图1A）。果肉的总可溶性固形物（图1B）和总糖分（图1D）也逐渐减少。这种总可溶性固形物和总糖分的下降可能与K. marxianus利用可发酵碳水化合物作为主要碳源有关。

结论

总之，用Kluyveromyces marxianus发酵的酸角果肉显著改变了其物理化学和营养特性。发酵过程中糖分和pH值降低，同时乳酸和苹果酸积累增加，反映了代谢向产酸途径的转变。电子鼻结合GC-MS分析显示，随着发酵时间的延长，挥发性化合物的种类和浓度增加。

CRediT作者贡献声明

楚传祺：项目监督、资金筹集、概念设计。易俊杰：项目监督、资源协调、资金筹集。宋子博：项目监督、实验设计、概念设计。袁春梅：撰写、审稿与编辑、方法学研究、数据分析。刘志佳：撰写、审稿与编辑、验证、项目监督、资金筹集。王涛：数据可视化、实验设计、数据分析。黄思燕：方法学研究、数据管理。安娜·杨：撰写——

未引用参考文献

Liang等，2023；Lu等，2018；Postigo等，2022；Viesser等，2021；Zhao等，2023。

利益冲突声明

作者声明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

作者感谢云南省基础研究项目（项目编号：202501CF070157）和云南省国际科技使者计划（个人项目）（项目编号：202503AK140007）的财政支持。