工业发酵剂菌株对发酵乳挥发性风味物质的影响：基于菌株特异性与组合效应的研究

本研究针对乳制品工业中发酵乳风味调控的关键问题，通过HS-SPME-GC-MS技术系统分析4种工业发酵剂（S. thermophilus D93/D125和Lb. bulgaricus D16/D37）单独及组合发酵对33种VOCs（包括酮类、醛类、酸类等）的差异化影响，揭示菌株特异性与协同作用对风味形成的调控机制，为定制化发酵乳产品开发提供科学依据。

　　

在乳制品工业中，发酵乳的风味品质直接影响消费者接受度，而挥发性有机化合物（VOCs）是决定风味特征的核心要素。传统发酵乳常面临风味单一、工业化产品风味强度不足等问题，其根本原因在于对发酵剂菌株（如S. thermophilus和L. bulgaricus）的挥发性代谢网络认知不足。尤其值得注意的是，现有研究多聚焦菌种水平差异，而同一菌种不同菌株间的风味调控特异性及其组合效应仍属技术盲区。

意大利泰拉莫大学（University of Teramo）的研究团队在《Applied Food Research》发表的研究，首次系统比较了4种工业发酵剂菌株（S. thermophilus D93/D125和Lb. bulgaricus D16/D37）单独及组合发酵对VOCs谱的影响。通过实验室规模发酵实验，采用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用（HS-SPME-GC-MS）技术检测挥发性成分，结合主成分分析（PCA）和热图分析揭示菌株特异性与协同效应。

关键技术方法包括：1）采用UHT部分脱脂乳为基质，设置单菌株（3%接种量）和1:1组合发酵组；2）通过pH监测控制发酵终点（pH 4.55-4.65）；3）HS-SPME-GC-MS分析33种VOCs，结合Kovats保留指数和NIST数据库鉴定化合物；4）统计学分析采用ANOVA和Tukey检验，PCA分析解释94.44%的变异。

酸度动力学与菌株特性

研究发现ST1（S. thermophilus D93）单菌发酵仅需7小时达终点pH，而ST2需24小时，揭示菌株间显著的代谢差异。混合发酵可缩短时间至5小时，证实菌株协同能优化生产效率。

VOCs谱的菌株特异性

关键发现包括：1）ST菌株特异性产生双乙酰（diacetyl）和2,3-戊二酮（2,3-pentanedione），赋予产品奶油香和甜香；2）LB菌株独特性产生乙醛（acetaldehyde，青苹果香）和2-壬醇（2-nonanol，霉香）；3）ST2菌株表现出最强的有机酸（乙酸、己酸等）生成能力，而ST1主导酮类物质合成。

组合发酵的协同效应

混合发酵产生"1+1>2"效应：1）ST1+LB2组合使乙醛含量提升至2811344 AU（纯LB2为1473992 AU）；2）ST2+LB1组合的乙酸产量达14733835 AU，显著高于单菌发酵。热图分析将VOCs分为三类：A类（乙醛/丙酮等）与混合发酵强相关，B类（2-庚酮等）与LB1/ST1相关，C类（有机酸/乙醇）为ST2特征标记物。

技术应用价值

该研究首次阐明工业发酵剂菌株在种内水平对风味代谢的精确调控：1）ST1适合开发高酮类风味产品，ST2适用于酸性风味强化；2）LB2与ST1组合可优化乙醛产量，解决工业酸奶"风味不足"痛点；3）PCA模型为预测菌株组合的风味输出提供量化工具。这些发现突破了传统发酵剂"黑箱式"应用模式，为精准风味设计提供菌株级解决方案，对提升工业化发酵乳品质具有重要实践意义。