共培养发酵蓝靛果（Lonicera caerulea L.）的表征：理化性质、生物活性及特征风味的关键化合物谱分析

《Journal of Future Foods》：Characterization of co-cultured fermented blue honeysuckle: Physicochemical properties, bioactivities and key compound profiling of characteristic flavor

　　

本研究旨在综合评价鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）6224与酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）W5共培养发酵对蓝靛果（Lonicera caerulea L.）理化性质、降糖活性以及挥发性/非挥发性代谢物的影响，并确定最佳贮存条件。结果表明，发酵产品中总多酚含量显著升高，从而增强了其降糖潜力。代谢组学分析揭示，与未发酵状态（UFS0 h）相比，发酵蓝靛果产品（LFS60 h）中积累的特征性挥发性化合物如异戊醇、异丁醇、辛酸和苯甲醛，赋予了其独特的风味特征，表现为醇厚、果香和甜香基调的交织。在4°C、避光且顶空体积最小的条件下贮存，能最好地保存生物活性成分。总之，研究结果表明，共培养发酵显著改善了蓝靛果的风味和功能特性，为开发蓝靛果衍生的功能性饮料以及寒地特色小浆果的新型加工方法奠定了基础。

研究背景：蓝靛果（Lonicera caerulea L.）在我国高纬度及高海拔地区资源丰富，被誉为“第三代小浆果之王”，富含多酚、有机酸、维生素及矿物质等生物活性成分，具有抗氧化、抗炎及显著的代谢综合征治疗潜力等。然而，由于其质地软、保质期短、鲜果酸涩带苦味导致适口性差，且现有的物理压榨等加工方法效率低并易造成功能成分损失，其在系统化开发、规模化生产及综合利用方面滞后于蓝莓等传统浆果。尽管单一菌株（乳酸菌或酵母）发酵可改善某些性质，但提升整体风味复杂性、实现协同生物转化及生成新型生物活性物质的能力有限，基质中关键成分（如多酚、有机酸、碳水化合物）的代谓转化机制及其与风味开发和功能活性的关系尚不清楚。因此，研究人员开展了本研究，旨在探索利用鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）6224和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）W5进行共培养发酵，以提升蓝靛果产品生物活性化合物水平并优化发酵产物的风味特征。

该研究发表在《Journal of Future Foods》。研究人员采用的主要关键技术方法包括：1. 共培养发酵实验：以蓝靛果果汁为底物，接种特定比例的L. rhamnosus 6224和S. cerevisiae W5，于30°C暗处培养60 h；2. 理化性质与生物活性测定：监测发酵过程及终点产品的pH、总酸、糖类、乳酸、蛋白、总多酚含量、粒径、Zeta电位、粘度、色度及热性质，并评估其对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制动力学；3. 感官评价：利用电子鼻（Electronic nose）和电子舌（Electronic tongue）分析挥发性香气轮廓和滋味特征；4. 代谢组学分析：采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）分析挥发性代谢物，超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱高分辨质谱（UHPLC-Q-Exactive HF-X）分析非挥发性代谢物，并结合主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）筛选差异代谢物；5. 贮存稳定性实验：在不同温度（4°C、25°C）、光照（避光、透光）和顶空体积（10 mL、20 mL）下考察产品理化及微生物指标的动态变化。

研究结果：

3.1. 基本理化特征：研究人员通过监测发酵过程中的活菌数、总酸、pH、总糖、还原糖、乳酸、蛋白及总多酚含量变化，发现微生物能有效利用蓝靛果中的碳水化合物作为碳源、水解蛋白质以满足氮需求，产生显著的酸化环境（pH降至4.02，总酸升至11.30 g/L），且总多酚含量较未发酵状态提升了3.42倍（达1374.79 mg/100 g）。此外，发酵后平均粒径增大，Zeta电位绝对值增加，粘度略有上升，颜色变暗（非酶褐变），热稳定性发生变化，表明共培养发酵协同平衡了碳氮代谢，改变了体系流变与热力学性质，并提升了营养值。

3.2. 感官评价：电子鼻分析显示发酵产品特征香气相关的传感器（如W1S广谱甲基类化合物、W2S醇类/部分芳香族、W5S氮氧化物等）响应显著升高；电子舌分析表明发酵后酸味、涩味及回味相关指标显著增强，而鲜味、丰度和咸味降低。这表明微生物发酵实质性重塑了蓝靛果发酵产品的感官轮廓。

3.3. 降糖活性分析：研究人员评估了发酵产物对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性，发现LFS^{60 h}的抑制率最高，分别为54.28%和58.58%，IC₅₀值分别为0.95 mg/mL和0.89 mg/mL，较未发酵组分别提升5.91%和26.10%。酶动力学分析表明其为混合型抑制（以竞争性为主），这与发酵后显著升高的多酚含量及其成分（如咖啡酸、绿原酸、儿茶酚等）密切相关，提示发酵蓝靛果产品具有调节血糖的生物活性潜力。

3.4. 发酵前后蓝靛果挥发性代谢物的变化：共鉴定出66种挥发性代谢物。发酵后酯、酮、醛、酚、烃、酸和有机杂环化合物种类减少，含硫有机化合物增加。LFS^{60 h}特有6种挥发性代谢物（如异戊醇、异丁醇、辛酸等），约占其总挥发物的14.59%。OPLS-DA结合ROAV（相对 odor activity值）分析筛选出7种关键风味化合物（ROAV > 1），其中发酵后辛酸、异戊醇、异丁醇、苯甲醛和十二烷酸定义了产品“酒香”、“甜香”、“奶酪香”、“果香”和“油香”的风味演变，减少了丙酸和辛醇带来的“蜡质”、“青草”等不良气味。KEGG富集分析显示脂肪酸生物合成为最显著富集通路。

3.5. 发酵前后蓝靛果非挥发性代谢物的变化：共检测到2562种非挥发性代谢物。发酵后酚类、有机酸及其衍生物、生物碱、类黄酮等种类增加，LFS^{60 h}独有81种代谢物（如琥珀酸等）。OPLS-DA筛选出41种差异代谢物，其中18种显著上调，23种下调（如海藻糖、果糖、葡萄糖等糖分减少，苹果酸减少）。随机森林模型识别出影响滋味的Top 10关键差异代谢物（如金丝桃苷、丙酮酸、奎宁酸、麦芽糖醇等），其与电子舌传感器值显著相关。KEGG富集分析表明氨基糖和核苷酸糖代谢、半乳糖代谢及果糖和甘露糖代谢为最显著富集通路。

3.6. 贮存实验：研究人员考察了温度、光照和顶空体积的影响，发现4°C低温是维持产品稳定性的最关键因素，能有效维持活菌数及延缓理化参数变化；避光条件有助于保留多酚、减缓非酶褐变；较小顶空体积（10 mL）可减少氧化损失。无大肠菌群检出，低温下离心沉降率稳定。因此推荐4°C冷藏、避光、小顶空的贮存条件。

总结讨论部分：研究通过L. rhamnosus 6224与S. cerevisiae W5共培养发酵蓝靛果，相较于单菌发酵，显著改变了理化性质（降低pH、糖和蛋白质含量，积累以乳酸为主的有机酸），总多酚含量显著升高，改善了流变与热力学性质。发酵产物可抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶，提示其在调节血糖方面的潜在生物活性。代谢组学进一步明确了关键风味贡献物：异戊醇、异丁醇、辛酸和苯甲醛主导整体香气；邻苯二酚、丙酮酸和羟基异己酸主导酸味、涩味及回味；奎宁酸、麦芽糖醇、葡萄糖、金丝桃苷等主导鲜味、丰度与咸味。这些有机酸与酚类的变化有效增强了风味特性、功能、感官品质及健康效益。此外，4°C冷藏、避光且小顶空体积最优地保留了产品整体质量。综上，共培养发酵改善了蓝靛果发酵产品的风味与功能轮廓，形成独特感官品质与潜在健康益处，为延伸浆果深加工产业链提供了新范式。

翻译研究结论部分：本研究采用鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）6224和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）W5共培养发酵生产蓝靛果发酵产品。与单菌发酵相比，共培养通过降低pH、还原糖、总糖和蛋白含量同时积累有机酸（以乳酸为主），显著改变了理化性质。多酚水平显著升高，改善了流变和热力学性质。发酵产品抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶，表明其在血糖调节方面具有潜在生物活性。代谢组学分析进一步确定了关键风味贡献物：异戊醇、异丁醇、辛酸和苯甲醛用于整体香气；邻苯二酚、丙酮酸和羟基异己酸用于酸味、涩味、回味-A和回味-B；奎宁酸、麦芽糖醇、葡萄糖、金丝桃苷、苹果酸、棕榈酸和葡萄糖用于鲜味、丰度和咸味。这些有机酸与酚类的转变有效增强了蓝靛果发酵产品的风味特性、功能性、感官品质和健康益处。此外，4°C冷藏、避光且小顶空体积最优地保存了产品整体质量。总之，共培养发酵改善了蓝靛果发酵产品的风味与功能轮廓，产生了独特的感官品质和潜在健康益处。这些发现为延伸寒地小浆果的深加工产业链提供了新范式。