益生元（FOS/菊粉）补充对植物乳杆菌和鼠李糖乳杆菌发酵甘蔗汁活性及贮藏稳定性的影响研究

本研究探讨了在甘蔗汁中添加益生元（FOS/菊粉）对植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）和鼠李糖乳杆菌（Lacticaseibacillus rhamnosus）发酵过程及冷藏贮藏（4°C、两周）中活菌数、理化特性与有机酸/糖分含量的影响。结果表明，1%菊粉可显著提升鼠李糖乳杆菌发酵后及第一周贮藏后的存活率，两种益生菌在贮藏期间均能维持8 log CFU/mL以上活菌数，pH下降，乳酸酸浓度上升，颜色变化明显（ΔE > 3），蔗糖、葡萄糖和果糖浓度波动显著。该研究为开发甘蔗汁基合生元功能饮料提供了理论依据，推动非乳制品益生菌载体在功能食品中的应用。

　　

随着消费者健康意识的提升和乳糖不耐症人群的增加，非乳制品益生菌载体成为功能食品领域的热点。甘蔗汁富含糖分、有机酸、维生素和矿物质，是一种具有潜力的天然发酵基质。然而，如何在非乳体系中维持益生菌的存活率和功能活性，尤其是在贮藏过程中的稳定性，仍是当前产业化和应用中的一大挑战。益生元（Prebiotics）作为可被特定益生菌利用的膳食成分，与益生菌（Probiotics）结合形成合生元（Synbiotics），可有效改善菌体活性及产品贮藏性能，但其在植物基饮料中的应用机制尚不明确。为此，研究人员以甘蔗汁为发酵基质，系统研究低聚果糖（Fructooligosaccharides, FOS）和菊粉（Inulin）对两种常见益生菌——植物乳杆菌ATCC 8014和鼠李糖乳杆菌ATCC 7469在发酵与冷藏贮藏过程中活性及产品质量的影响。该研究发表于《Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre》，为开发新型甘蔗汁基合生元饮料提供了重要的理论依据和实践指导。

本研究采用的关键技术方法包括：菌株活化与甘蔗汁预处理、生长曲线测定以确定发酵时间（L. plantarum 7.5 h，L. rhamnosus 8.5 h）、活菌计数（涂布法于MRS培养基）、pH与可溶性固形物（TSS）测定、色差分析（CIELAB系统）、澄清度（透光率%T）测量以及高效液相色谱（HPLC）分析糖分（葡萄糖、果糖、蔗糖）与有机酸（乳酸、反乌头酸）含量。所有实验均设三次重复，数据以均值±标准差表示，采用SPSS进行单因素方差分析与Tukey事后检验（p < 0.05视为显著）。

3.1. 植物乳杆菌和鼠李糖乳杆菌的生长曲线

通过测定两菌株在甘蔗汁中37°C厌氧培养24小时的生长曲线，确定其发酵时间分别为7.5小时和8.5小时（处于指数生长期中期）。两菌株延滞期均为6小时，但植物乳杆菌指数期更短，表明其代谢适应性更强。

3.2. 植物乳杆菌和鼠李糖乳杆菌的存活能力

发酵后所有组别活菌数均达8 log CFU/mL，超过推荐阈值（7 log CFU/mL）。1%菊粉显著提高鼠李糖乳杆菌发酵后及第一周贮藏后的存活率，2%菊粉仅在第一周贮藏后显示显著提升。相反，植物乳杆菌的存活率未因益生元补充而显著改善，甚至2%添加量导致存活率下降。贮藏两周后，所有发酵组活菌数均保持稳定。

3.3. 甘蔗汁的pH值

发酵后pH从5.18降至3.87（L. plantarum）和3.84（L. rhamnosus），贮藏第一周进一步下降，第二周保持稳定。益生元补充对pH影响不显著，高浓度益生元因缓冲能力较强有助于维持pH。

3.4. 可溶性固形物（TSS）

发酵和贮藏过程中TSS（约16°Brix）无显著变化，说明糖分消耗与有机酸生成达到平衡，益生元补充未引起TSS明显变动。

3.5. 澄清度

发酵及益生元补充未对甘蔗汁透光率（约0.021%T）造成显著影响，贮藏期间也保持稳定，说明产品理化性质较为稳定。

3.6. 颜色

发酵导致明显色差（ΔE > 3），但益生元类型与浓度间无显著差异。贮藏期间色差保持稳定，可能与多酚聚合有关。

3.7. 糖与有机酸含量

HPLC分析显示，甘蔗汁中蔗糖含量最高，其次为葡萄糖和果糖。发酵后蔗糖浓度显著下降，益生元补充组葡萄糖和果糖浓度上升，推测因益生元水解所致。反乌头酸浓度贮藏期间基本稳定，而乳酸浓度发酵后显著上升，贮藏期间继续积累，尤其以FOS补充组更为明显。

该研究系统阐明益生元补充对发酵甘蔗汁中益生菌存活率及产品理化特性的影响，证实1%菊粉可有效提升鼠李糖乳杆菌在贮藏初期的存活能力，而植物乳杆菌受益生元影响较小。两种益生菌在甘蔗汁中均表现出良好的贮藏稳定性，活菌数持续超过7 log CFU/mL。发酵导致pH下降、乳酸积累和颜色变化，但不影响澄清度和TSS。糖分分析表明益生元可能通过水解提供额外碳源，但其效应受菌株特异性调控。本研究为开发以甘蔗汁为基质的合生元功能饮料提供了重要数据支持，突破传统乳制品益生菌载体的局限，推动植物基功能食品的创新与发展。