乳酸菌发酵改性果胶对苹果干燥特性与质构形成的影响机制研究

本研究针对果蔬脆片干燥效率低、质构品质不稳定等问题，通过乳酸菌（LABs）发酵预处理调控苹果果胶结构特性，系统探究了L. brevis、L. coryniformis和P. ethanolidurans三种菌株对水溶性果胶（WSP）和碳酸钠溶性果胶（NSP）分支度、酯化度及空间构象的差异化影响。研究发现LABs通过激活聚半乳糖醛酸酶（PG）和果胶酯酶（PE）活性，显著提升干燥后期速率，其中L. brevis发酵苹果形成均匀大孔结构，脆度值达28±4，为果蔬干燥工艺优化提供了理论依据。

　　

在果蔬加工领域，新鲜原料的高水分特性导致其易腐败变质，而热风干燥（HA）虽能有效延长保质期，却常面临干燥效率低、产品质构粗糙等问题。尤其对于苹果脆片这类高附加值产品，其多孔结构和酥脆口感直接决定市场接受度。近年研究发现，植物细胞壁中的复杂多糖——果胶（pectin）的结构变化会显著影响干燥行为和终产品质地。果胶分子中的均质半乳糖醛酸聚糖（HG）线性区与高度分支的鼠李糖半乳糖醛酸聚糖I（RG-I）共同构成三维网络，其酯化度、中性糖比例和空间构象的改变可能成为调控干燥品质的关键靶点。然而，如何通过生物加工手段定向调控果胶特性，仍是产业界亟待解决的难题。

辽宁省自然食品添加剂重点实验室的研究团队创新性地将乳酸菌发酵与干燥工艺耦合，选取实验室前期通过⁶⁰Co γ-辐照诱变获得的3株特色菌种——短乳杆菌（L. brevis）X4-4、棒状乳杆菌（L. coryniformis）Y5-5和乙醇片球菌（P. ethanolidurans）X4-2，系统研究了其对苹果果胶的改性机制及其对干燥特性的影响。该成果发表于《Carbohydrate Polymers》，揭示了微生物发酵通过重塑果胶分子结构提升干燥效率的分子路径。

研究采用多尺度分析技术：通过pH和还原糖监测发酵进程；采用分级提取法分离WSP和NSP组分；利用高效液相色谱（HPLC）测定中性糖比例；通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析酯化度；结合扫描电镜（SEM）观察微观结构；并采用质构仪量化脆度值。

pH和还原糖分析
发酵使苹果pH降至3-3.3，其中P. ethanolidurans产酸能力最强。还原糖消耗差异表明菌株代谢偏好不同，为后续果胶降解酶活性差异提供解释基础。

果胶特性改变
研究发现：1）L. brevis和L. coryniformis使WSP含量显著增加；2）P. ethanolidurans将NSP酯化度提升至55.17%；3）WSP中糖比例3（反映RG-I分支度）在L. brevis和P. ethanolidurans组分别达49.62%和50.38%，表明其促进RG-I侧链延伸；4）L. coryniformis诱导果胶向线性构象转变。

酶活性调控
关键发现包括：1）L. brevis和P. ethanolidurans激活聚半乳糖醛酸酶（PG）切断HG主链；2）L. coryniformis与P. ethanolidurans协同提升果胶酯酶（PE）活性；3）L. brevis和L. coryniformis抑制β-半乳糖苷酶，减少RG-I侧链降解。

干燥特性与质构
发酵组在干燥后期速率提升30%，其中L. brevis处理的苹果形成均匀大孔结构，脆度值（28±4）显著高于对照组。SEM显示其细胞壁孔隙分布规则，印证果胶网络重构对水分迁移的促进作用。

该研究首次阐明LABs通过"分支度-构象-酶活"三重调控网络改变果胶特性：RG-I分支度增加形成更多水分通道，而线性化HG加速分子链解聚，协同提升干燥效率。产业意义上，L. brevis发酵方案可实现干燥能耗降低与脆度提升的双重优化，为功能性果蔬脆片的工业化生产提供新思路。研究还提示，未来可通过菌种组合发酵精准调控特定果胶结构域，这对开发定制化质构食品具有重要指导价值。