乳酸菌发酵黄麒麟果汁的功能特性与挥发性成分增强：菌株特异性代谢分析

《Food Chemistry: X》：Enhanced functional properties and volatile profiles in Lactobacillus-fermented Hylocereus megalanthus juice: A strain-dependent analysis

本研究针对黄麒麟果(Hylocereus megalanthus)汁发酵过程中菌株特异性代谢机制不明的问题，通过比较植物乳杆菌082、发酵乳杆菌312及其共培养的代谢差异，发现共培养独特上调精氨酸-脯氨酸代谢、酪氨酸途径和ABC转运蛋白活性，鉴定出2,6-二羟基苯甲酸、氧化戊二酸和高香草酸为关键抗氧化活性贡献物，为开发靶向功能性饮料提供了科学依据。

　　

在功能性食品开发领域，热带水果因其丰富的营养价值和广泛消费者接受度而备受关注。黄麒麟果（Hylocereus megalanthus）作为仙人掌科热带水果，富含维生素、矿物质和生物活性化合物，但其深加工潜力尚未充分挖掘。乳酸菌（LAB）发酵作为一种有效的生物加工策略，能够改善食品的营养特性和感官品质，然而不同菌株在相同基质中的代谢特异性及其协同效应仍待阐明。

针对这一科学问题，来自东北农业大学食品学院的科研团队在《Food Chemistry: X》发表了最新研究成果。研究人员以海南传统发酵食品中分离的植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）082和发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum）312为研究对象，通过单菌发酵和共培养（1:1比例）方式对黄麒麟果汁进行24小时发酵（37°C），系统比较了不同发酵方式的代谢差异。

研究采用多组学技术联用策略，主要包括：气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析挥发性成分，超高效液相色谱-质谱联用（UPLC-MS/MS）进行非靶向代谢组学检测，结合KEGG数据库注释和通路富集分析，同时测定理化指标（pH值、可溶性固形物、还原糖等）和抗氧化活性（DPPH、ABTS自由基清除能力）。

3.1 理化性质

共培养发酵组（FPF）达到最高活菌数8.99±0.09 log CFU/mL，所有发酵组均超过8 log CFU/mL，证实黄麒麟果是适宜乳酸菌生长的基质。发酵后pH值从4.70显著降低至3.46-3.58，共培养组可溶性固形物含量最高（10.2°Brix）。

3.2 挥发性成分变化

GC-MS鉴定出40种差异挥发性化合物，包括16种醇类、7种酸类、7种酮类等。PCA分析显示PC1和PC2累计解释78.4%的方差。植物乳杆菌发酵主要促进醇类和有机酸生成，而发酵乳杆菌则偏好酮类、酚类和氨基酸。共培养独特产生2,3-丁二醇（增加3.28倍）和乙酰基呋喃等化合物。

3.3 代谢物分析

非靶向代谢组学鉴定出859种代谢物，涵盖有机酸、脂质、芳香化合物等17类。PLS-DA模型（R²X=0.757，R²Y=0.989）显示发酵前后代谢谱显著差异。共培养特异性上调2-庚烯酸（FC=4.44）、N-乙酰神经氨酸（FC=2.43）和高香草酸（FC=2.92）。

3.4 差异代谢物与相关性

筛选出60种关键差异代谢物，聚类分析显示四组样品明显分离。共培养显著促进有机酸积累，同时维持发酵乳杆菌对γ-氨基丁酸（GABA）和S-甲基甲硫氨酸的生成能力。

3.5 KEGG通路分析

通路富集显示氨基酸代谢为最显著富集通路。共培养独特激活精氨酸-脯氨酸代谢、酪氨酸途径和ABC转运蛋白。相关性网络分析揭示尿素循环作为氮代谢中枢，酪氨酸代谢关联儿茶酚胺生物合成。

3.6 抗氧化活性

共培养发酵展现最强抗氧化能力，ABTS自由基清除活性提高127%（0.93 μmol Trolox/mL），总黄酮含量增加4.0倍。相关性分析确定2,6-二羟基苯甲酸、氧化戊二酸和高香草酸为关键抗氧化贡献物。

研究结论表明，乳酸菌发酵黄麒麟果汁存在明显的菌株特异性代谢特征。植物乳杆菌082倾向于醇类和有机酸代谢，发酵乳杆菌312擅长酮类和酚类化合物合成，而共培养则产生独特的代谢协同效应，特别是精氨酸-脯氨酸代谢通路的显著上调。这种代谢互补性不仅改善了果汁的感官特性，还显著增强了其抗氧化功能。

该研究的科学意义在于首次系统揭示了海南特有乳酸菌株在黄麒麟果汁发酵中的代谢特异性，为开发区域特色功能性饮料提供了理论依据。共培养策略产生的代谢协同效应为优化发酵工艺提供了新思路，鉴定出的关键活性代谢物为功能性食品开发指明了方向。未来研究可进一步解析菌株间互作机制，拓展其在其他仙人掌科水果中的应用。