益生菌发酵对姜汁挥发性风味和质量特性的影响

《Food Bioscience》：Effects of probiotic fermentation on the volatile flavor and quality characteristics of ginger juice

筛选出在姜汁中具有优异适应性和发酵能力的乳酸菌菌株（Lactiplantibacillus plantarum AR113、AR117和Pediococcus pentosaceus AR243），经24小时发酵后活菌数达6.28×10^8 CFU/mL（AR113）和5.24-5.32×10^8 CFU/mL（AR117/AR243），显著改善姜汁风味，降低褐变和辛辣度，增加醇类及酯类含量，GC-MS分析89种挥发性化合物，为功能性发酵饮品开发提供新方法。

　　

钱武|乐楚|刘广鹏|何发涛|夏永军|宋鑫|张慧|艾连忠|王光强

上海科技大学食品微生物学工程研究中心，健康科学与工程学院，中国上海

摘要

本研究旨在筛选出在姜汁中具有优异适应性和发酵能力的优良菌株，最终目标是开发出一种具有良好风味特性的乳酸菌发酵姜汁饮料。经过24小时的姜汁发酵后，Lactiplantibacillus plantarum AR113、AR117和Pediococcus pentosaceus AR243的活菌数分别为6.28 × 10⁸、5.24 × 10⁸和5.32 × 10⁸ CFU/mL。感官属性评估结果显示，发酵显著改善了姜汁的风味特性。具体而言，发酵过程显著降低了姜汁的褐变程度和辛辣度，并赋予其独特的发酵风味。GC-MS分析鉴定出89种挥发性化合物，包括12种醛类、9种酮类、50种醇类和6种酸类。使用AR117菌株发酵后，姜汁中的总醛含量从14.42 μg/mL降低到7.00 μg/mL；而使用AR113和AR243菌株发酵后，总醇含量分别从初始的17.77 μg/mL增加到24.95 μg/mL和24.71 μg/mL。这种成分变化减弱了姜汁的辛辣草腥味，赋予了更柔和的果香花香香气，从而显著提升了其整体感官品质。本研究为系统提升发酵姜汁的感官质量提供了新方法，同时也为植物基发酵产品的开发提供了理论指导。

引言

姜（Zingiber officinale Roscoe）原产于东南亚，现已在全球范围内广泛种植。这种植物具有重要的药用和烹饪价值，富含淀粉、可溶性糖、脂质、粗蛋白和膳食纤维（Garza-Cadena等人，2023年）。姜含有多种生物活性成分，如姜辣素、多酚、黄酮类和环二芳基庚烷类。这些生物活性化合物具有抗炎、抗菌、抗氧化和降脂等多种生物活性（Kayath等人，2020年；Luo等人，2025年）。目前，常用的物理和化学提取方法（如紫外提取和超声波辅助提取）虽然能提高生物活性化合物的产量，但效率较低，操作成本高且资源消耗大（Syed等人，2017年）。微生物液态发酵具有明显优势，既能提高生物活性化合物的产量，又能提升工艺效率并降低能耗（Yumei等人，2024年）。

乳酸菌（LAB）作为益生菌，可增强肠道免疫力并促进有益肠道菌群的生长，从而对人类健康产生显著益处（Filannino等人，2018年）。乳酸菌作为发酵剂可提升食品品质，在植物基饮料生产中得到广泛应用（Wu等人，2020年）。随着现代中医药的发展，植物发酵成为研究热点。该技术结合了传统的中药加工方法与现代生物技术（Li等人，2020年；Xu等人，2023年），有助于姜中生物活性成分的转化和释放，从而增强治疗效果并优化感官品质（Yumei等人，2024年）。

发酵姜汁因其潜在的健康促进作用而受到越来越多的关注；然而，现有研究主要集中在活性成分的变化上，而在提升发酵前风味特性和发酵稳定性方面仍存在挑战。原始姜汁通常具有过强的辛辣味和苦味，限制了其可口性；同时，由于底物成分的差异导致微生物活性不稳定，进而影响发酵结果。解决这两个关键问题对于优化发酵效率和改进发酵姜制品的感官品质至关重要。鉴于不同乳酸菌株对不同食品基质的适应性及生长潜力和转化能力不同，本研究从不同来源选择了9种乳酸菌株用于姜的发酵。通过评估菌株的适应性和发酵能力（基于pH动态和生长动力学），确定了最佳候选菌株。发酵前后对感官属性和挥发性化合物组成的分析表明，发酵显著降低了姜汁的辛辣度。这种方法为开发功能性植物发酵饮料提供了新的思路。

部分内容片段

微生物与培养条件

细菌菌株来自上海科技大学食品生物技术研究所的菌种库（表1）。这些菌株在-80°C、40%甘油条件下保存。活化时，将菌液涂布于平板上，单菌落接种于MRS培养基中，于37°C下培养12小时，进行两代活化。细胞通过离心（8000×g，10分钟，4°C）收集，然后洗涤两次

发酵过程中的理化性质

乳酸菌的活菌数是评估发酵姜汁质量的关键参数。9种测试的乳酸菌在姜汁中的生长表现存在差异（图1A），这种差异可能源于它们各自的生理和代谢特性。发酵结束后，AR113、AR117和AR243的活菌数分别为6.28 × 10⁸、5.24 × 10⁸和5.32 × 10⁸ CFU/mL。上述结果表明

结论

本研究使用来自不同来源的乳酸菌对姜汁进行发酵，选出了3种表现优异的菌株：Lactiplantibacillus plantarum AR113、AR117和Pediococcus pentosaceus AR243。这些菌株在姜汁中生长迅速，24小时发酵后的活菌数分别为6.28 × 10⁸、5.24 × 10⁸和5.32 × 10⁸ CFU/mL。这种强劲的生长促进了发酵过程中代谢产物的积累。

作者贡献声明

钱武：撰写 – 审稿与编辑；撰写 – 原稿。 乐楚：资源提供。 刘广鹏：方法学设计。 何发涛：实验研究。 夏永军：指导监督。 宋鑫：结果验证。 张慧：数据可视化。 艾连忠：项目管理。 王光强：资金筹集。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

结果为三次重复实验的平均值。同行列中带有不同上标字母的数值具有显著性差异（p < 0.05）。缩写说明：AR113，Lactiplantibacillus plantarum 113；AR117，Lactiplantibacillus plantarum 117；AR243，Pediococcus pentosaceus 243。

致谢

本研究得到了上海市农业应用技术开发计划（项目编号：2024-02-08-00-12-F00040）、国家杰出青年科学基金（编号：32025029）、上海市教育发展基金会与上海市教委的“曙光计划”、济南“新大学20条项目：“功能性益生菌发酵关键技术研究与示范”（编号：2b021GXRC057）以及上海市教育部门的支持