植物乳杆菌1243发酵对黑果腺肋花楸汁品质特性及代谢组的调控机制研究

推荐：本研究针对黑果腺肋花楸汁(Aronia melanocarpa juice, AJ)感官品质差、利用率低的问题，通过植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum) 1243发酵技术，系统分析了发酵汁(FAJ)的理化特性、风味代谢物及生物活性转化。结果表明，发酵显著提升汁液色泽和感官接受度，增加芳香化合物(如苯衍生物、甲基化合物)，并通过代谢组学(UPLC-MS/MS)揭示有机酸、酚酸和花青素的生物利用度提升。研究为功能性浆果饮料开发提供了理论依据。

　　

黑果腺肋花楸(Aronia melanocarpa)因其富含多酚、花青素等生物活性成分被誉为"超级水果"，但其强烈的涩味和酸味严重限制了市场接受度。传统加工方式难以平衡营养保留与风味改善的矛盾，而乳酸菌发酵技术为这一难题提供了新思路。尽管已有研究探索多种乳杆菌对AJ的发酵效果，但关于特定功能菌株如何通过代谢重编程提升汁液品质的机制仍不明确。

华南农业大学的研究团队在《Food Chemistry: X》发表论文，首次揭示了植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum) 1243发酵对AJ的全面改造作用。该菌株源自开菲尔谷物，此前已被证实具有改善老年女性衰弱的益生特性。研究人员通过多组学联用技术，解析了发酵过程中菌株生长动力学、糖酸代谢、抗氧化活性变化规律，并结合电子鼻(E-nose)和超高效液相色谱-质谱联用技术(UPLC-MS/MS)绘制了代谢图谱，发现48小时发酵窗口期对风味物质形成和生物活性转化的关键作用。

研究采用的主要技术包括：1) 菌株生长监测(CNIS GB 4789.2标准)；2) 理化指标分析(总糖酚酸测定、DPPH自由基清除活性检测)；3) 电子鼻传感器阵列风味物质捕获；4) 非靶向代谢组学(基于SCIEX TripleTOF 6600+平台)结合KEGG通路富集分析。实验样本采用中国东北农场成熟期黑果腺肋花楸，以9%糖度调整基础汁液进行发酵。

3.1 菌株活力与基础理化特性
植物乳杆菌1243在24小时达到生长峰值(7.10 lg CFU/mL)，展现强酸耐受性(pH 3.58-3.75)。总糖消耗14%驱动有机酸转化，使滴定酸度(TA)从29.55 mL/100g升至34.59 mL/100g。值得注意的是，虽然总酚(TPC)和总黄酮(TFC)分别降低至1394.65 μg GAE/mL和753.33 μg RE/mL，但DPPH自由基清除活性保持稳定(633.07-706.23 μg VC/mL)，提示生物利用度提升。

3.3 色泽与感官评价
发酵显著改善汁液色泽，L*(亮度)、a*(红度)、b*(黄度)值均提升。感官评分显示48小时发酵样品获得最高接受度，酸甜平衡度最佳，这与代谢组发现的苦味氨基酸(如L-苯丙氨酸)减少、鲜味衍生物(N-乳酰苯丙氨酸)增加相关。

3.4 电子鼻分析
传感器W1C(苯衍生物)和W5S(氮氧化物)响应值变化最显著。主成分分析(PCA)显示发酵样品与对照组完全分离，线性判别分析(LDA)进一步确认96小时样品具有独特香气特征，主要源于甲基化合物和芳香族代谢物的积累。

3.5-3.7 代谢组学发现
鉴定到4630种代谢物，其中407种差异显著。关键变化包括：有机酸中L-乳酸增加162.26倍，而苹果酸、柠檬酸减少；酚酸类如邻苯二酚(吡咯烷酮)和4-羟基苯甲酸显著上升；花青素中矮牵牛素-3-(6″-乙酰葡萄糖苷)特异性增加。KEGG分析显示果糖/甘露糖代谢、丙酮酸代谢和精氨酸生物合成通路显著激活。

4 讨论与意义
该研究突破性地揭示了植物乳杆菌1243通过三重机制提升AJ价值：1) 风味优化：乳酸转化降低尖锐酸感，苦味氨基酸代谢产生鲜味肽；2) 生物活性增强：乙酰化花青素和短链酚酸(如二甲基富马酸)提高吸收效率；3) 代谢通路重构：激活精氨酸合成通路可能带来心血管保护潜力。技术层面，研究建立AJ发酵的48小时关键时间节点，为工业化生产提供参数指导。

这些发现不仅为功能性浆果饮料开发提供新思路，更深化了对乳酸菌-植物多酚互作机制的理解。特别值得注意的是，发酵产生的神经保护物质(如二甲基富马酸)和抗炎成分(邻苯二酚)为AJ在慢性病预防领域的应用开辟了可能。未来研究可进一步验证这些代谢物在人体内的生物效应，推动传统发酵技术向精准营养方向迈进。