乳酸菌单菌及共培养发酵红毛丹汁的代谢特征与抗氧化活性协同机制研究

推荐：本研究针对红毛丹汁高糖低酸易腐败的特性，采用植物乳杆菌(Lacti. plantarum)和发酵粘液乳杆菌(Limo. fermentum)进行单菌及共培养发酵。通过GC-MS和LC-MS分析发现，两株菌分别富集有机酸/萜烯类和芳香族化合物/短链醇类，共培养显著提升抗氧化活性(DPPH/ABTS)及风味复杂度，为功能性发酵果汁开发提供理论依据。

　　

红毛丹作为一种热带水果，其果皮因富含营养成分和生物活性物质备受关注，但果肉的高糖低酸特性导致鲜榨汁极易腐败变质。传统加工方式如果酒、罐头等难以兼顾营养与风味，而乳酸菌(LAB)发酵既能延长保质期，又能提升功能特性，成为当前研究热点。然而，关于红毛丹汁发酵过程中风味物质演变、挥发性化合物转化及代谢调控机制的研究仍处于空白。特别是不同LAB菌株在同一基质中的代谢差异及协同效应尚不明确，这限制了功能性发酵果汁的精准开发。

针对这一科学问题，东北农业大学食品学院教育部乳品科学重点实验室的研究团队开展了创新性研究。他们从海南特色发酵食品中分离出植物乳杆菌HNU082(Lactiplantibacillus plantarum)和发酵粘液乳杆菌HNU312(Limosilactobacillus fermentum)，通过单菌及共培养发酵红毛丹汁，系统解析了菌株特异性代谢特征与协同机制。该研究成果发表在《Food Chemistry: X》期刊，为热带水果发酵制品的菌种选育和工艺优化提供了重要参考。

研究采用多组学联用技术：通过HPLC监测糖消耗和乳酸生成动态；HS-SPME-GC-MS分析挥发性有机物(VOCs)变化；LC-MS非靶向代谢组学鉴定1341种代谢物；结合DPPH/ABTS自由基清除率和总酚/黄酮含量测定评估抗氧化活性。所有实验均设置三个生物学重复确保数据可靠性。

3.1 菌株生长与理化特性

两株菌在16小时进入稳定期，活菌数达10⁸ CFU/mL级别。共培养组(RLX)表现出最强的产酸能力，24小时pH降至3.19，总酸度达21.48 g/L。植物乳杆菌组(RLP)糖耗最快，葡萄糖消耗量达17.69 g/L，乳酸产量2.14 g/L，显著高于发酵粘液乳杆菌组(RLF)的1.34 g/L。

3.2 GC-MS挥发性物质分析

共鉴定43类VOCs，单菌发酵呈现显著菌株特异性：RLF组主要生成1-己醇(23.52 μg/mL)等醇类；RLP组富集L-α-松油醇(13.89 μg/mL)等萜烯类；而RLX组产生辛酸(29.58 μg/mL)等7种新型酯类。共培养使风味物质种类增加29种，包括富马酸酯等独特成分。

3.3 代谢轮廓解析

代谢通路分析显示：RLF组精氨酸脱亚胺酶(ADI)通路活跃，产生ATP增强酸耐受；RLP组通过EMP途径高效糖酵解，伴随2-甲基-3-氧代己二酸积累；共培养组则激活ABC转运体和异喹啉生物合成通路。关键差异代谢物包括腺嘌呤(FC=4.31)和L-精氨酸(FC=-6.81)等。

3.4 抗氧化性能

发酵使总酚含量提升至7.31 mg/mL，其中RLP组DPPH清除率最高(提升137%)。黄酮类物质如槲皮素-3-半乳糖苷-7-鼠李糖苷等显著增加，与ABTS清除率55.67%的提升呈正相关。

讨论部分揭示了菌株代谢分工的深层机制：植物乳杆菌通过EMP途径和TCA循环旁路实现碳流高效转化，其丰富的糖苷水解酶促进酚类物质释放；而发酵粘液乳杆菌则通过ADI途径和PPP通路维持氧化还原平衡。共培养时，两株菌通过代谢互补形成"酸度-风味-活性"协同增强效应，其中精氨酸代谢产生的瓜氨酸可进一步转化为具有果香的风味前体。

该研究首次系统阐明了热带水果发酵中LAB菌株的代谢互作规律，不仅为红毛丹高值化利用提供新思路，其发现的"代谢模块分工"理论对指导复合菌剂设计具有普适意义。未来结合转录组学和代谢流分析，可进一步揭示菌群互作的分子开关，推动精准发酵技术在功能性食品开发中的应用。