帕里约托（Medinilla speciosa Blume）果汁的单培养与共培养发酵比较：一种未得到充分利用的印度尼西亚水果的菌株特异性代谢组特征及功能谱

《Food Bioscience》：Comparative mono- and co-culture fermentation of Parijoto (Medinilla speciosa Blume) juice: strain-specific metabolomic signatures and functional profiles of an underutilized Indonesian fruit

　　

安德里·弗雷迪安萨亚 | 索利哈图滕·阿米丹·阿马图尔·阿齐兹 | 哈蒂维·迪亚斯图蒂 | 菲达·拉阿利亚·阿扎赫拉 | R·哈里奥·比莫·塞蒂亚托

食品技术与加工研究中心 (PRTPP)，国家研究与创新机构 (BRIN)，Jl. Yogja-Wonosari 31.5, Gunungkidul, 日惹 55861, 印度尼西亚

摘要

帕里乔托（Medinilla speciosa）是一种未被充分利用的印度尼西亚水果，富含生物活性化合物，但其较差的感官特性限制了其商业应用。乳酸菌发酵为这种水果的增值提供了途径，但菌株选择对其功能特性的影响尚不清楚。本研究旨在探讨不同发酵策略——使用 Lactiplantibacillus plantarum（E1）、Lactobacillus acidophilus（E2）或它们的共培养（E3）——如何改变帕里乔托果汁的植物化学成分。通过综合物理化学、植物化学和 体外 生物活性分析，并结合非靶向代谢组学研究，发现发酵结果具有很强的菌株特异性。虽然 E2 表现出最强的酸化作用，但共培养（E3）显著提高了果汁中的抗坏血酸含量，并实现了最高的总酚类含量和 ABTS 自由基清除活性；相比之下，E1 在还原铁的能力方面表现优异。代谢组学分析显示，这种优异的 ABTS 自由基清除活性与 E3 中单宁酸的专属积累密切相关。与未发酵对照组相比，E1 发酵显著增强了 α-淀粉酶的抑制作用（81%），这表明 E1 是进一步研究的潜在候选菌株，而不仅仅是已验证的降糖剂。抗菌活性也依赖于菌株，E2 对 Serratia marcescens 的抑制效果最强（90.8%）。相关性分析显示，还原铁的能力与 α-淀粉酶的抑制作用之间存在完美的正相关（ρ = 1.00），从而提出了一个可测试的机制关联假设。通过证明菌株选择与不同的代谢组和功能特性相关，本研究为从未充分利用的水果中开发功能性饮料提供了假设生成的基础。

引言

通过生物技术加工利用未充分利用的水果是一种策略性方法，可以多样化功能性食品来源同时减少农业废弃物。在这些未被充分利用的资源中，Medinilla speciosa（帕里乔托）是一种特别富含花青素、槲皮素衍生物和维生素 C 的印度尼西亚水果，这些成分使其具有强大的抗氧化、免疫刺激和降血脂作用（Frediansyah 等, 2026a; Purba 等, 2023; Sa'adah 等, 2020）。尽管具有这种显著的植物化学特性，但由于其较差的感官特性（酸味明显且可溶性固体含量低），帕里乔托的商业应用受到严重限制，仅限于简单的糖浆和传统冲剂（Frediansyah 等, 2026a）。这种感官瓶颈同样存在于沙棘和黑果越橘中（Ju 等, 2025a; Li 等, 2026a），因此需要采用替代的加工策略来实现功能性增值。

乳酸菌（LAB）发酵已成为将这类具有挑战性的材料转化为有价值产品的强大平台。在发酵过程中，LAB 代谢糖类和酚类物质，释放出生物活性苷元并产生新的代谢物，从而改善感官特性和功能潜力（Ruiz Rodríguez 等, 2021; Szutowska 等, 2020）。重要的是，发酵结果高度依赖于菌株。即使在同一物种内，不同菌株之间的代谢能力差异也会导致植物化学成分和生物活性谱的显著差异，如石榴和猕猴桃果汁的研究所示（Ramos 等, 2026; Xie 等, 2026）。此外，共培养系统通过利用微生物间的相互作用产生协同代谢效应，加速底物利用并促进超出单菌株发酵范围的生物活性化合物的合成（Liang 等, 2025; Wen 等, 2026; Hu 等, 2025a）。对于富含槲皮素衍生物且具有已知降糖潜力的水果（如帕里乔托），针对性发酵可以增强碳水化合物水解酶的抑制作用，例如在牙买加樱桃果汁中的研究显示 L. plantarum 发酵产生了强效的酶抑制剂——单宁酸（Frediansyah 等, 2021）。

本研究中使用的两种乳酸菌菌株是根据它们与水果基质发酵相关的互补代谢能力选择的。Lactiplantibacillus plantarum F05 因其在 β-葡萄糖苷酶、酯酶和单宁酶活性方面的表现而被选中，这一能力已在牙买加樱桃果汁的发酵研究中得到证实（Frediansyah 等, 2021; de Assis 等, 2021）。Lactobacillus acidophilus F17 因其在实验室初步筛选中表现出强大的酸化能力而被选中，这与该物种在发酵食品基质中的公认酸化能力一致（Liu 等, 2024; Bimbatti 等, 2024）。假设它们的共培养可以通过结合 L. plantarum 的酚类物质动员能力和 L. acidophilus 的高效有机酸生产能力产生协同效应，这一观点得到了关于 LAB 共培养中代谢互补性的最新证据的支持（Liang 等, 2025; Hu 等, 2025a）。

非靶向代谢组学对于解码这些复杂的生化转化至关重要，它能够系统地映射菌株特异性的代谢特征，并识别与功能增强相关的关键化合物（Ju 等, 2025b; Li 等, 2026a; Pius Bassey 等, 2024）。然而，尽管帕里乔托具有公认的营养保健潜力，且LAB（特别是共培养）能够调节水果基质，但这些策略在帕里乔托果汁中的应用尚未得到探索（Frediansyah 等, 2026a）。菌株对其植物化学成分的特异性影响、共培养中的潜在协同作用以及对关键生物活性的影响仍然完全未知。

因此，本研究首次将已建立的比较发酵框架应用于帕里乔托果汁，为这种未被充分利用的水果生成了全面的菌株特异性数据集。我们假设菌株选择——Lactiplantibacillus plantarum、Lactobacillus acidophilus 或它们的共培养——将导致不同的代谢谱，并相应地增强功能特性。通过结合传统的物理化学分析、非靶向代谢组学和 FTIR 指纹分析，我们的目标是：(i) 阐明植物化学组成、抗氧化能力和降糖/抗菌活性的菌株依赖性变化；(ii) 建立这些代谢转化与功能结果之间的关联。这项工作将菌株特异性发酵策略的应用扩展到一种未被充分利用的印度尼西亚水果，生成可用于未来功能性饮料开发的比较数据。

章节片段

化学物质和试剂

本研究中使用的化学物质和试剂包括：p-硝基苯基-α-D-吡喃糖苷（Calbiochem?, 美国马萨诸塞州圣地亚哥）、淀粉（Merck, 德国达姆施塔特）和阿卡波糖（Fluka Analytical, Sigma–Aldrich, 美国怀俄明州拉勒米）作为底物和抑制剂；Man Rogosa Sharpe（MRS）肉汤（Sigma–Aldrich, 美国密苏里州圣路易斯）、来自 Saccharomyces cerevisiae 的 α-葡萄糖苷酶（Sigma–Aldrich, 美国密苏里州圣路易斯）以及来自 Aspergillus oryzae 的 α-淀粉酶（Sigma–Aldrich, 美国密苏里州圣路易斯）作为培养基

发酵结果高度依赖于所采用的细菌处理方式（图 2）。48 小时后，所有接种组均表现出显著的酸化和微生物增殖，证实了底物的活跃代谢。然而，我们注意到在发酵结束时（24 至 48 小时之间 pH 值持续下降），发酵仍在进行中，因此 48 小时并不代表一个稳定的或最优的终点（补充材料

结论

在测试条件下，菌株选择与发酵后帕里乔托果汁的代谢和功能结果之间存在显著关联。Lactobacillus acidophilus（E2）是最强的酸化菌株，并对 Serratia marcescens 显示出最强的抗菌活性（筛查浓度下为 90.79%），这一结果与其高有机酸生产和 FTIR 及代谢组学分析中观察到的广泛代谢重组相一致。

菲达·拉阿利亚·阿扎赫拉： 方法学、研究、正式分析、数据管理。R. 哈里奥·比莫·塞蒂亚托： 撰写 – 审稿与编辑、验证。索利哈图滕·阿米丹·阿马图尔·阿齐兹： 软件、方法学、研究、正式分析、数据管理。哈蒂维·迪亚斯图蒂： 撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、资源管理。安德里·弗雷迪安萨亚： 撰写 – 审稿与编辑、初稿写作、验证、监督、资源管理、项目管理、方法学、研究、资金支持

Ananingsih 等, 2024; Cai 等, 2024; Canbey 等, 2025; Castellanos-Fuentes 等, 2025; Chen 等, 2025; Chen 等, 2025; Devi 等, 2021; Dikmetas 等, 2025; Fernandes 等, 2026; Frediansyah 和 Aziz, 2024; Garcia 等, 2020; Ju 等, 2025; Karimkhani 等, 2025; Leali 等, 2026; Li 等, 2026b; Li 等, 2022; Liu 等, 2025; Luhurningtyas 和 Vifta, 2025; Mao 等, 2022; Milanda 等, 2021a; Milanda 等, 2021b; Moussaoui 等, 2021; Nguyen 和

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

数据将根据请求提供。

在准备本研究的过程中，作者使用了 ChatGPT（OpenAI）和 Quillbot Premium 来改进语法和语言清晰度。使用这些工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。

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本研究得到了 JRC 农业和食品研究组织 – BRIN（B-3747/III/11/TK/01/2026）的支持。