荔枝汁水开菲尔发酵过程中挥发性风味物质演变的机制研究：传统谷物与液态发酵的差异调控

研究人员针对水果基水开菲尔饮料挥发性特征研究不足的问题，通过GC-IMS和GC-MS联用技术分析荔枝水开菲尔（Lychee kefir）发酵过程中的挥发性有机化合物（VOCs）。研究发现发酵后醇类、酯类和酮类增加，醛类减少，鉴定出26种关键风味物质，微生物群落转变为以乳酸菌（Lactobacillaceae）为主导的体系。该研究为开发具有独特风味的非乳制品益生菌饮料提供了新策略。

　　

荔枝（Lychee chinensis Sonn.）作为热带特色水果，因其独特风味和营养价值备受青睐，但鲜果易腐且加工形式单一。传统水开菲尔（water kefir）发酵技术能赋予饮品益生特性和风味多样性，但关于水果基水开菲尔挥发性特征的系统研究，尤其是传统谷物发酵（TK）与液态发酵（BK）方法的差异机制尚未阐明。来自东莞的研究团队在《LWT》发表论文，首次揭示了荔枝汁水开菲尔发酵过程中挥发性物质演变的分子机制。

研究采用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）双平台检测技术，结合电子舌（E-tongue）味觉分析和宏基因组学方法，对四种样本（未发酵荔枝汁LP、预处理液BAL、传统发酵TK和液态发酵BK）进行系统分析。通过主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）等多元统计方法解析数据差异。

3.1 理化特性变化
发酵后TK和BK的pH值从4.5降至3.7，总可溶性固形物（TSS）从15°Brix降至12°Brix，电子舌分析显示苦味和鲜味显著降低，酸味增强。这表明微生物通过糖代谢产生有机酸，且两种发酵方式的代谢效率相近。

3.2 微生物群落重构
宏基因组分析显示发酵后Liquorilactobacillus nagelii（相对丰度51.84%）成为优势菌种，酵母Saccharomyces cerevisiae在BK中保持较高活性（0.42%）。这种以乳酸菌为核心的微生物体系与挥发性物质合成密切相关。

3.3 GC-IMS挥发性指纹图谱
共鉴定96种VOCs，发酵后醇类（如z-3-nonen-1-ol）、酯类（如Z-3-hexenyl propionate）和酮类（如isophorone）显著增加，醛类（如E-2-octenal）减少。PLS-DA模型筛选出13种VIP>1的标志物，包括赋予BK青香特征的Z-3-hexenyl propionate（VIP 3.36）。

3.4 GC-MS挥发性特征
检测到41种VOCs，TK和BK中乙醇（OAV 23.93）、玫瑰氧化物（rose oxide）和柠檬醛（citronellol）含量显著升高。值得注意的是，BK独有的辛酸（octanoic acid）可能带来不良风味，但其关键萜烯类物质（如geraniol）含量比TK高12.5%。

3.5 气味活性值（OAV）分析
26种OAV>1的关键风味物质中，BK的玫瑰氧化物（OAV 483.8）和柠檬醛（OAV 418.9）贡献度最高，而TK的乙醇优势更明显。两种方法均保留了荔枝特征性的α-松油烯（α-terpinene）等物质。

3.6 代谢网络解析
KEGG分析揭示挥发性物质涉及8条代谢通路：苯丙氨酸代谢产生2-苯乙醇（2-phenylethanol）；甲羟戊酸途径促进柠檬醛和香叶醇（geraniol）合成；三羧酸循环（TCA）调控乙酸（acetic acid）生成。BK中酵母与乳酸菌的共生关系可能通过协同代谢激活萜类合成途径。

该研究创新性地阐明水开菲尔发酵重塑荔枝汁风味的分子机制：传统发酵产生更强烈的酒香特征，而液态发酵能更好地保留花果香并降低酒精感。通过双平台检测技术构建的挥发性物质数据库，为开发定制化风味的功能性饮料提供了理论依据。研究结果对拓展荔枝深加工产业链、满足特殊人群（如乳糖不耐受者）的健康饮品需求具有重要意义。