乳酸菌与酵母发酵改善西洋参风味成分、代谢特征及抗氧化活性的机制研究

研究人员针对西洋参苦味重、功能成分利用率低等问题，通过乳酸菌（L. acidophilus）和酵母（S. cerevisiae）发酵技术，系统探究了其对西洋参挥发性成分、感官特性、代谢物及抗氧化活性的影响。研究发现混合发酵（LS组）显著增加酯类（如Hexadecanoic acid-ethyl ester）和稀有皂苷（ginsenoside Rh1/F1）含量，并提升DPPH自由基清除率（147%），为西洋参食品化开发提供理论依据。成果发表于《LWT》。

　　

西洋参（Panax quinquefolium L.）作为传统药食两用植物，虽具有降血脂、抗疲劳等功效，但其苦涩口感严重限制了在食品工业中的应用。如何通过生物加工技术改善风味并提升活性成分，成为当前研究热点。

为解决这一问题，来自济南大学生物科学与技术学院的Yu Ding团队创新性地采用乳酸菌（Lactobacillus acidophilus）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）对西洋参进行单菌及混合发酵，通过多组学联用技术揭示了发酵对风味和功能的双重提升机制。这项发表于《LWT》的研究，为西洋参高值化利用开辟了新路径。

研究团队首先通过响应面法优化发酵工艺，确定最佳条件为：6%接种量、72小时发酵、1:25料液比。关键技术包括：1）HS-SPME-GCMS分析挥发性成分；2）UPLC-MS/MS非靶向代谢组学检测代谢物变化；3）体外抗氧化体系（DPPH/ABTS/羟基自由基清除实验）；4）感官评价小组定量分析风味特征。

3.1 发酵工艺优化

通过Box-Behnken设计建立数学模型，发现接种量对总皂苷含量影响最大（R²=0.9675），验证实验测得总皂苷达48.96 mg/g。

3.2 挥发性成分变化

混合发酵（LS组）产生33种挥发性物质，较对照组（32种）新增4种酯类（如Hexamethylene diacrylate）。ROAV分析显示关键风味物质Octanal（橙香）和γ-Decalactone（桃香）贡献度最高。

3.3 感官评价

LS组苦味评分降低42%，甜味和果香显著提升，这与代谢组中柠檬酸循环产物（如fumarate）增加、苦味氨基酸（valine）减少的结果一致。

3.4 代谢组学发现

稀有皂苷ginsenoside Rh₂含量提升198%，其转化路径为Rb₁→Rd→Rg₃→Rh₂。同时检测到抗衰老物质sphingosine（神经鞘氨醇）在LS组上调3.2倍。

3.6 酚类物质提升

酵母发酵（SCE组）总酚含量增加82.68%，其中黄酮类eriodictyol与DPPH清除率呈正相关（r=0.89, P<0.05）。

3.8 抗氧化活性

SCE组表现最优，DPPH清除率提升147%，羟基自由基清除率提高116%，这与酚类物质和稀有皂苷的协同作用密切相关。

该研究首次系统阐明了益生菌发酵对西洋参"风味-功能"双效提升的分子机制。通过构建"工艺-成分-活性"关联网络，证实混合发酵能同步实现：1）酯类物质增量300%改善风味；2）稀有皂苷生物转化率提升269%；3）抗氧化活性翻倍。这些发现不仅为药食同源资源开发提供范例，更为功能性食品创制提供了可量化的技术参数。未来研究可进一步解析乳酸菌β-葡萄糖苷酶对皂苷糖基水解的特异性机制。