多植物基质发酵水开菲尔功能饮料的创新研究：微生物互作机制与营养功能强化

为解决植物基发酵饮料功能单一、稳定性差的问题，研究人员采用水开菲尔源微生物（LAB和Pichia bruneiensis）对多植物配方（含藜麦、蚕豆、南瓜籽等）进行单菌/混合发酵，通过HPLC、LC-MS等技术分析代谢产物。结果表明，Lc. paracasei单菌及LAB三元菌群可显著提升蛋白水解活性并释放酚类物质，而Leuc. mesenteroides特异性增强抗氧化活性，P. bruneiensis则显著改善产品稳定性。该研究为开发营养均衡、可持续的植物基乳品替代品提供了新策略。

　　

背景与问题

随着消费者对健康和环境可持续性的关注，植物基发酵饮料市场快速增长，但现有产品面临营养功能单一、质地不稳定等问题。传统乳制品虽富含益生菌和生物活性物质，但其生产伴随高碳排放。水开菲尔作为一种古老的发酵系统，蕴含丰富的乳酸菌（LAB）和酵母菌群，能产生多种功能代谢物，但对其在多植物基质中的协同作用机制研究不足。

研究设计与方法

研究团队从自制水开菲尔中分离出优势菌株Leuconostoc mesenteroides KL3、Pichia bruneiensis KY6，并补充实验室保存的Lacticaseibacillus paracasei KFAL5和Lactiplantibacillus plantarum KFI5，构建单菌及混合发酵体系。以藜麦粉、蚕豆粉、南瓜籽等为基质，通过16小时30°C发酵后，采用以下关键技术分析：

1. 1.

   生长动力学模型筛选最优发酵条件

2. 2.

   HPLC定量糖类、有机酸及乙醇

3. 3.

   氨基酸分析仪和OPA法检测蛋白水解产物

4. 4.

   LC-MS解析酚类物质谱

5. 5.

   GC-MS鉴定挥发性有机物(VOCs)

6. 6.

   Megazyme试剂盒测定抗营养因子

关键发现

微生物生长与代谢特性

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  三元LAB菌群（KL3+KFAL5+KFI5）在16小时内将pH降至4.64，乳酸产量达10.71 g/L，显著高于单菌发酵。

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  P. bruneiensis KY6单独发酵时酵母活菌数提升至6.82 Log CFU/mL，但与LAB共培养时受抑制。

营养功能强化

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  蛋白与肽类：C-Y-LAB-MPBB（三元LAB+酵母）总蛋白含量最高（23.04 g/100 g DW），而三元LAB组肽浓度提升55.8%。

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  酚类物质：KL3-MPBB中抗氧化相关酚类（如没食子酸、原儿茶酸）含量翻倍，其中咖啡酸仅在该组检出。

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  抗营养因子：三元LAB使植酸降解69.6%，而KFAL5单菌发酵将棉子糖降至0.35 mmol/100 g。

产品稳定性与感官

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  质构分析显示所有样品硬度均高于市售酸奶，其中KFAL5-MPBB最显著。

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  P. bruneiensis使脱水收缩率降低82%，显著改善质地。

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  VOC分析揭示KFAL5-MPBB产生8种独特风味物质（如1-辛烯-3-醇），而KY6-MPBB释放苯乙醛等花果香成分。

讨论与意义

该研究首次系统解析了水开菲尔菌群在多植物基质中的代谢网络：

1. 1.

   功能协同性：LAB菌群通过互补的糖代谢途径（如Leuc. mesenteroides将果糖转化为甘露醇）提升酸化效率，而酵母主要贡献于风味和物理稳定性。

2. 2.

   营养转化机制：Lc. paracasei表现出独特的α-半乳糖苷酶和果聚糖酶活性，有效降解低聚糖类抗营养因子。

3. 3.

   产业化潜力：研究提出的三元LAB+酵母组合可同步实现植酸降解、蛋白水解和风味调控，为开发"清洁标签"植物酸奶提供模板。

论文发表于《Current Research in Green and Sustainable Chemistry》，其创新性体现在：

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  突破传统单植物基质局限，通过多原料组合实现营养互补

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  阐明微生物互作对酚类生物转化的菌株特异性（如仅KL3生成GABA）

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  建立从微生物筛选到产品质控的全链条技术方案，推动可持续食品开发