益生元右旋糖酐的流变学特性及其在植物基乳品中的质构增强应用：基于发酵乳杆菌CFW6的优化研究

本研究针对植物基乳品质构改良需求，从菠萝果渣中分离出发酵乳杆菌CFW6，通过Plackett-Burman设计和响应面法(RSM)优化使其EPS产量提升近3倍（6.84 mg/mL）。结构表征证实其为α-(1→6)糖苷键的右旋糖酐，具有优异乳化性(58.49%)、持水性(169.66%)及抗氧化活性(60.29%)。原位发酵显著提升豆奶/稞麦奶粘度(～58%)和质构特性，为清洁标签食品添加剂开发提供新策略。

　　

随着"食物即药物"理念的复兴，微生物胞外多糖(EPS)因其多功能性成为食品科学领域的研究热点。乳酸菌(LAB)产生的EPS凭借GRAS（公认安全）认证和益生特性备受关注，但其工业化应用面临两大瓶颈：产量普遍低于商业胶体（如黄原胶），且不同菌株功能差异显著。发酵乳杆菌(Limosilactobacillus fermentum)虽具有益生潜力，其EPS产量却显著低于明串珠菌属(Leuconostoc)和魏斯氏菌属(Weissella)。这一矛盾在植物基乳品快速发展的背景下尤为突出——消费者既拒绝合成添加剂，又对产品质构有更高要求。

针对这一挑战，印度理工学院阿加尔塔拉分校的研究团队从印度特里普拉邦的"皇后"菠萝果渣中分离到一株高产EPS的发酵乳杆菌CFW6（GenBank登录号MF156856）。通过Plackett-Burman设计和Box-Behnken响应面法双重优化，将EPS产量从2.84 mg/mL提升至6.84 mg/mL，创下该菌株EPS产量的新纪录。结构分析显示其为典型的α-(1→6)糖苷键连接的右旋糖酐，FESEM观察发现其具有独特的片层多孔结构，EDX检测显示碳(43.62%)、氧(33.53%)为主要元素。功能实验证实该EPS具有伪塑性流体特性，在剪切稀化作用下粘度可调，且具备卓越的持水能力(169.66%)和低胃肠消化率(6.84%)，能有效促进益生菌生长。更引人注目的是，将其应用于豆奶和稞麦奶发酵时，产品粘度提升58%，稠度指数增加87%，为植物基乳品质构改良提供了天然解决方案。该成果发表于《Food Bioscience》，为清洁标签食品添加剂开发提供了新范式。

关键技术方法包括：从特里普拉邦菠萝果渣分离48株菌株，通过刚果红琼脂筛选EPS生产者；采用Plackett-Burman设计筛选关键培养基成分（碳源、氮源等），结合RSM-BBD（Box-Behnken设计）优化培养条件；通过FT-IR、¹H/¹³C NMR解析EPS结构；使用流变仪测定剪切稀化特性；评估在模拟胃肠液中的消化稳定性及对植物乳杆菌(L. plantarum)等益生菌的促生长作用。

【研究结果】

1. 菌株筛选与鉴定
   从菠萝果渣分离的CFW6菌株经16S rRNA测序鉴定为发酵乳杆菌，在刚果红琼脂上呈现典型EPS产生菌的黏液状菌落。

2. 产量优化
   通过Plackett-Burman设计确定蔗糖、酵母提取物和MnSO₄为关键因子，经RSM优化后EPS产量达6.84 mg/mL，较初始条件提高2.4倍。

3. 结构表征
   FT-IR显示3420 cm^-1处典型多糖羟基峰，¹³C NMR在98.7 ppm处出现α-(1→6)糖苷键特征峰，证实为右旋糖酐结构。

4. 功能特性
   表现出显著剪切稀化行为（n=0.382），乳化活性优于阿拉伯胶；体外消化实验显示仅6.84%被分解，且能促进益生菌生长达1.8倍。

5. 应用效果
   在豆奶发酵中添加CFW6菌株，成品粘度从1240 mPa·s提升至1960 mPa·s，持水能力增加85%，感官评分显著提高（P<0.05）。

该研究首次系统揭示了发酵乳杆菌CFW6所产右旋糖酐的多尺度结构-功能关系，其独特的流变特性与低消化性形成"双重保护"机制：既能在加工过程中改善产品质构，又能在人体内发挥益生元功能。研究建立的统计优化方案将EPS产量提升至工业化可行水平，而原位发酵策略则巧妙规避了提取纯化成本，这对降低植物基乳品生产成本具有重要意义。值得注意的是，该EPS的片层多孔结构可能与其卓越的持水能力存在构效关系，这为设计新型食品胶体提供了结构模板。未来研究可进一步探索该EPS在肠道菌群调控中的分子机制，以及其与植物蛋白的协同增效作用。