酵母发酵调控接骨木莓汁生物活性成分的代谢路径及其低糖功能性饮料开发研究

为开发低糖高活性的功能性饮品，研究人员通过筛选10种酵母菌株，构建7组二元发酵体系，系统研究了接骨木莓汁发酵过程中糖代谢、乙醇生成及生物活性物质（如酚类化合物、氨基酸衍生物和挥发性有机物VOCs）的协同调控机制。研究发现特定酵母组合（如Hanseniaspora uvarum与Metschnikowia pulcherrima共培养）可实现80-88%的糖分降解，同时提升γ-氨基丁酸（GABA）和酚类物质含量，为功能性饮料的感官与健康属性优化提供了新策略。

　　

随着全球慢性病负担加重和健康意识提升，低糖功能性饮料市场需求激增。然而，传统果汁的高糖含量与单一生物活性成分限制了其健康价值。接骨木莓（Sambucus nigra L.）虽富含酚类、氨基酸等活性物质，但天然高糖和强烈涩味制约其应用。现有研究多聚焦乳酸菌发酵，对酵母菌株协同代谢的潜力探索不足。如何通过微生物工程精准调控糖代谢与活性成分释放，成为食品科学领域亟待突破的难题。

意大利博尔扎诺自由大学的研究团队在《Current Research in Food Science》发表研究，通过多组学联用技术揭示了酵母共培养对接骨木莓汁的代谢重塑机制。研究首先在合成培养基和果汁中筛选10株酵母（含Saccharomyces cerevisiae和非Saccharomyces菌株），基于糖利用率与乙醇产量选择5株构建7组二元培养体系。采用HPLC定量糖/乙醇，LC-HRMS分析酚类物质，氨基酸分析仪检测游离氨基酸及神经活性物质（如GABA、多巴胺），GC-MS解析挥发性有机物（VOCs），结合感官评价验证风味改良效果。

3.1 合成培养基筛选酵母启酵剂
生长动力学显示Saccharomyces cerevisiae VELO5+最大比生长速率达0.13 h^-1，而Hanseniaspora uvarum T0CSWL1最低（0.05 h^-1）。糖代谢分析表明S. cerevisiae与H. opuntiae 2G3WL对葡萄糖/果糖的消耗率最高，乙醇产量达23.7 g L^-1，而M. pulcherrima MRS5.5仅产生7.8 g L^-1。

3.3 发酵工艺优化
二元培养策略显著改变代谢轨迹。SC-HO（S. cerevisiae + H. opuntiae）组合实现糖类完全降解，乙醇产量24.6 g L^-1；而HO-HU（H. opuntiae + H. uvarum）在保留15.7 g L^-1乙醇的同时，糖消耗率达85%。

3.5 酚类化合物代谢重塑
发酵导致芦丁（rutin）含量从803.4 mg L^-1显著降低，同时槲皮素（quercetin）在HO-HU组提升至68.2 mg L^-1。绿原酸（chlorogenic acid）在SC-HU组增加至183.8 mg L^-1，其神经保护活性值得关注。

3.6 氨基酸谱与神经活性物质
总游离氨基酸（TFAAs）在HO-MP组达2740 mg L^-1，较对照组提升61%。GABA在SC-HU组增长110%（186.5 mg L^-1），多巴胺（dopamine）在HU单菌发酵中提高27%。

3.7 VOCs谱系重构
共鉴定65种VOCs，其中28种为发酵新增。S. cerevisiae主导醇类合成（如2-苯乙醇），而非Saccharomyces菌株促进酯类生成（如乙酸乙酯）。HO-HU组总VOCs达202.8 mg L^-1，赋予饮品花果香基调。

3.8 感官特征改良
二元培养有效平衡风味：HO-HU组果香强度提升58%，涩味降低57%，证实代谢协同可优化感官体验。

该研究开创性地揭示了酵母共培养对接骨木莓汁的多维调控机制：

1. 糖乙醇平衡：H. uvarum与M. pulcherrima组合实现80-88%脱糖，乙醇控制在1.4-1.6%（v/v），满足低糖饮品标准；
2. 生物活性富集：通过协同糖苷水解酶和蛋白酶作用，释放槲皮素、GABA等具有神经保护功能的代谢物；
3. 风味工程：非Saccharomyces菌株的酯合成能力与Saccharomyces的醇代谢互补，构建复杂香气轮廓。

研究为功能性饮料开发提供了可扩展的微生物工程策略，其价值体现在：

• 技术层面：建立酵母组合筛选标准与代谢预测模型；
• 产业价值：规避物理/化学脱糖工艺对活性成分的破坏；
• 健康意义：首次证实接骨木莓发酵液可同步实现血糖管理与神经健康促进。未来需开展临床研究验证GABA等活性物质的体内功效，并探索工业化生产的参数优化。