《Food Chemistry: X》：Effect of mixed fermentation of
Lactiplantibacillus plantarum and
Lactiplantibacillus acidophilus on physicochemical attributes, volatile compounds and functional properties of pear juice
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本研究旨在解决梨汁易褐变、货架期短及传统乳制品益生菌饮料存在乳糖不耐受等问题。研究人员通过将植物乳杆菌与嗜酸乳杆菌进行混合发酵，系统评估了发酵梨汁的理化性质、营养组分、挥发性有机化合物及功能活性。结果表明，发酵显著提升了梨汁的总酸度、总酚、总黄酮含量及DPPH自由基清除能力，并生成了乳酸、琥珀酸及多种酯类、醛类等风味物质。该研究为开发新型植物基功能性发酵饮料提供了科学依据。
梨作为一种全球广泛种植和消费的水果，因其独特的风味、口感和营养价值而备受青睐。它不仅富含膳食纤维、酚类化合物、维生素C和钾，还具有良好的抗氧化和抗炎等健康益处。然而，新鲜梨果水分含量高，且极易发生酶促褐变，导致采后品质劣变迅速，货架期短，造成了巨大的经济损失。因此，开发有效的采后加工技术对于维持梨果品质、减少浪费至关重要。
与此同时，随着健康意识的提升，益生菌市场蓬勃发展。目前，全球益生菌市场主要由乳制品饮料主导，但其含有的胆固醇、脂肪、乳糖以及潜在的过敏原问题，促使消费者对非乳制品替代品的需求日益增长。发酵果蔬饮料因其良好的适口性，且水果本身富含营养和可发酵糖，是乳酸菌（LAB）生长的理想培养基，已成为研究热点。梨汁以其甜美的口感和丰富的维生素、膳食纤维，在开发功能性发酵饮料方面具有巨大潜力。
植物乳杆菌（Lp）和嗜酸乳杆菌（La）是两种常用于果汁发酵的乳酸菌。植物乳杆菌对植物基质的适应性强，而嗜酸乳杆菌则能在低pH环境中良好生长并利用多种底物。然而，利用这两种菌的混合菌种发酵梨汁的研究尚属空白。因此，本研究旨在系统探究植物乳杆菌与嗜酸乳杆菌混合发酵对梨汁理化性质、功能品质、挥发性风味物质及感官特性的影响，为梨的深加工及新型功能性发酵饮料的开发提供科学依据。
关键实验方法
本研究采用植物乳杆菌（Lp）和嗜酸乳杆菌（La）按1:1比例混合，在36°C下对梨汁进行60小时发酵。研究团队运用了多种现代分析技术对发酵过程及产物进行了全面评估。通过高效液相色谱（HPLC）分析了有机酸（如柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乳酸和琥珀酸）的动态变化；利用顶空气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）技术鉴定了31种挥发性化合物，并对其相对含量进行了比较；采用电子鼻和电子舌分别对样品的整体香气轮廓和基本味觉属性进行了客观评价；此外，还测定了总酚（TPC）、总黄酮（TFC）含量以及DPPH和ABTS+自由基清除能力，以评估其抗氧化活性的变化。最后，通过感官评价验证了发酵梨汁的感官接受度。
研究结果
3.1. 活菌数及理化性质在发酵过程中的变化
发酵过程中，乳酸菌活菌数从初始的6.75 log CFU/mL显著增加至60小时时的8.90 log CFU/mL，表明菌株在梨汁环境中生长良好。随着发酵的进行，梨汁的pH值从5.50显著降至3.99，总酸度从2.33 g/L增加至8.65 g/L，证实了乳酸菌的旺盛代谢活动。总糖含量在发酵过程中显著下降，尤其是在前36小时，这与菌株的快速生长和糖的消耗密切相关。有趣的是，还原糖含量在发酵前24小时出现短暂上升，随后下降，这可能是由于菌株产生的蔗糖酶（转化酶）将梨汁中的蔗糖水解为葡萄糖和果糖，其生成速率暂时超过了菌体对单糖的消耗速率。
3.2. 发酵对总酚和总黄酮含量的影响
发酵显著提升了梨汁的总酚（TPC）和总黄酮（TFC）含量。这种增加可能归因于乳酸菌产生的酶（如糖苷酶和酯酶）将结合态的多酚水解为游离态，从而提高了其可提取性。同时，发酵过程中的酸度增加和菌体代谢可能软化了植物细胞壁，促进了黄酮类化合物的释放。
3.3. 发酵对梨汁抗氧化活性的影响
发酵显著增强了梨汁的抗氧化能力。DPPH自由基清除率在发酵48小时后达到94.74%，并在之后趋于稳定。然而，ABTS+自由基清除能力在发酵36小时后显著下降。这种差异可能与两种抗氧化测定方法的化学原理不同有关，表明发酵产生的抗氧化物质对不同自由基的清除能力存在选择性。
3.4. 发酵对梨汁中有机酸的影响
HPLC分析显示，发酵后梨汁中的柠檬酸、酒石酸和苹果酸含量下降，而乳酸和琥珀酸含量显著增加。乳酸作为乳酸菌糖代谢的主要终产物，其含量从约0.09 g/L急剧增加至约1.60 g/L，是导致梨汁酸度增加的主要原因。琥珀酸的增加可能与柠檬酸的代谢有关。
3.5. 挥发性风味成分的HS-GC-IMS表征
HS-GC-IMS分析共鉴定出31种挥发性化合物。发酵后，梨汁的挥发性成分谱发生了显著变化。酯类（如丁酸乙酯、己酸乙酯）和醇类（如异丁基甲基甲醇、苯甲醇）的含量显著增加，这些物质赋予了发酵梨汁更浓郁的水果香气和花香。而部分醛类和酮类物质含量则有所下降。
3.6. 电子鼻和电子舌分析
电子鼻分析显示，发酵梨汁与未发酵梨汁在香气轮廓上存在显著差异，能够被主成分分析（PCA）清晰区分。电子舌分析结果表明，发酵梨汁的酸味显著增强，甜味显著降低，这与理化分析中酸度增加和糖分消耗的结果一致。此外，电子舌还检测到发酵梨汁的“丰富度”或“鲜味”有所增加，这可能与发酵过程中产生的氨基酸、多肽等风味物质有关。
3.7. 感官分析
感官评价结果显示，与未发酵梨汁相比，发酵梨汁在风味和整体接受度上获得了更高的评分。品评人员认为发酵梨汁具有更复杂的香气、更平衡的酸甜口感以及更浓郁的整体风味。
结论与讨论
本研究系统揭示了植物乳杆菌与嗜酸乳杆菌混合发酵对梨汁品质的深刻影响。发酵过程不仅显著提升了梨汁的益生菌活菌数，还通过微生物代谢有效转化了糖分，生成了以乳酸为主的有机酸，赋予了产品独特的酸爽口感。更重要的是，发酵过程通过酶解和细胞壁降解等作用，显著提高了梨汁中总酚和总黄酮等生物活性物质的含量，并增强了其抗氧化能力，赋予了产品更优的功能性。
在风味方面，发酵过程重塑了梨汁的香气和味觉轮廓。通过代谢转化，生成了以酯类和醇类为主的多种挥发性风味物质，使发酵梨汁呈现出更复杂、更浓郁的水果香气。同时，糖分的消耗和有机酸的积累使得产品的甜酸比更加平衡，并产生了令人愉悦的“丰富感”。感官评价结果证实了这些仪器分析结果，发酵梨汁在风味和整体接受度上均优于未发酵梨汁。
综上所述，乳酸菌混合发酵是一种极具潜力的梨汁深加工技术。它不仅能够有效解决梨果采后易褐变、货架期短的问题，还能将梨汁转化为一种兼具益生菌活性和高抗氧化活性的新型功能性植物基饮料，为梨产业的可持续发展提供了新的思路和方向。
