《Applied Sciences》：Evaluation of the Technological and Functional Properties of a Fermented Hemp Seed Product and Its Application in a Fermented Dairy Drink
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本研究旨在评估乳酸菌（LAB）发酵对发酵火麻籽产品（FHSP）的组成、技术和功能特性的影响，并评估其用于强化发酵乳饮料的适宜性。火麻籽产品分别采用副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）、植物乳杆菌（Lactiplantibac
本研究旨在评估乳酸菌（LAB）发酵对发酵火麻籽产品（FHSP）的组成、技术和功能特性的影响，并评估其用于强化发酵乳饮料的适宜性。火麻籽产品分别采用副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）、植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）或发酵乳杆菌（Limosilactobacillus fermentum）进行发酵。测定了LAB生长、酸化能力、技术特性、胆汁酸和胆固醇结合能力、总酚含量（TPC）以及抗氧化活性。将选定的FHSP添加到发酵乳饮料中，并对饮料的理化和感官特性进行了评估。在前48小时内LAB计数增加，72小时后趋于稳定。副干酪乳杆菌在发酵期间（1.38×109 CFU/g）和冷冻干燥后（9.02×108 CFU/g）均表现出最高的存活率。发酵提高了水膨胀能力（WSC），并根据菌株不同影响了持水能力（WRC）。发酵乳杆菌FHSP显示出最高的胆盐结合能力，而副干酪乳杆菌和植物乳杆菌发酵的产品则表现出最高的TPC和ABTS自由基清除活性。考虑到其最高的LAB存活率以及高TPC和DPPH自由基清除活性，研究人员选择了副干酪乳杆菌FHSP用于发酵乳饮料的强化。提高其添加量显著增强了TPC和抗氧化活性，但也增加了乳清析出并使产品颜色变深。含有4 g/100 g FHSP的饮料获得了最高的感官评分。总体而言，LAB发酵改善了火麻籽产品的技术和功能潜力，并支持其在发酵乳饮料中的应用。
研究背景与目的
工业火麻（Cannabis sativa L.）作为一种多功能原料，在食品生产中日益受到关注。火麻籽富含蛋白质、多不饱和脂肪酸、膳食纤维、矿物质及多种生物活性化合物，其脱脂后的副产品尤其适合开发营养强化食品。然而，火麻籽成分存在颜色特征明显、带有土味或苦涩感等感官缺陷，且在特定pH条件下蛋白质溶解度低、乳化性能不稳定、不溶性膳食纤维比例高等问题，限制了其应用。发酵是一种有望改善植物源原料营养、技术和感官特性的加工方法，尤其是乳酸菌（LAB）发酵可通过产酸和酶促反应改变底物性质。尽管已有研究表明火麻籽基质可支持LAB生长，但关于不同LAB菌株同时发酵对脱脂火麻籽粉的化学成分、技术特性、体外生物活性和挥发性化合物谱的影响，以及所得发酵产物在发酵乳饮料中的应用效果，仍缺乏系统研究。因此，本研究旨在评估三种具有益生潜力的LAB菌株——副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）、植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）和发酵乳杆菌（Limosilactobacillus fermentum）——发酵脱脂火麻籽粉的效果，测定发酵过程中LAB生长、酸化、冻干后存活率，以及发酵产物的化学组成、技术特性（水膨胀能力WSC、持水能力WRC、持油能力ORC）、体外功能特性（胆盐结合能力、胆固醇结合能力、总酚含量TPC、抗氧化活性）和挥发性化合物谱的变化，并将优选FHSP应用于发酵乳饮料中，评估其对饮料理化、质构和感官特性的影响。
关键技术方法
研究人员从当地零售店购买商业化脱脂火麻籽粉（立陶宛?olyn?lis品牌），经121℃灭菌15分钟后以1:2（w/w）比例与水混合，分别接种1%（v/w）的三种LAB菌株悬液，在各自最适温度下（副干酪乳杆菌37℃，植物乳杆菌和发酵乳杆菌30℃）发酵72小时。发酵结束后样品进行冷冻干燥。采用AOAC方法测定基本营养成分（水分、粗蛋白、脂肪、灰分）及膳食纤维（可溶性与不溶性），利用DNS法测定还原糖，Bradford法测定可溶性蛋白。通过平板计数法测定LAB活菌数，采用离心法和称重法评估WSC、WRC和ORC。胆盐结合能力通过比色法测定，胆固醇结合能力分别在pH 2.0和pH 7.0条件下进行。TPC采用Folin-Ciocalteu法，抗氧化活性通过ABTS和DPPH两种自由基清除实验评估。挥发性化合物采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOFMS）进行分析。随后，将优选FHSP以0、2、4、6、8 g/100 g的比例加入由商业直投式发酵剂（含嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌）制备的发酵乳饮料中，测定贮藏期间的pH、颜色参数（CIE Lab*）、乳清析出率及感官接受度（30名评估员，七点量表）。
研究结果
3.1 火麻籽粉的化学组成：火麻籽粉的主要成分为膳食纤维（主要为不溶性纤维，不溶性与可溶性之比约14:1），其次为蛋白质、脂肪和灰分，糖类含量极低。这一高不溶性纤维比例表明脱脂和研磨后保留了富含纤维的结构组分。
3.2 发酵对火麻籽粉酸化和LAB活力的影响：三种LAB均能在火麻籽粉基质中良好生长。前24小时内活菌数急剧增加，副干酪乳杆菌达到109 CFU/g，其余两株达108 CFU/g。pH值同步下降，副干酪乳杆菌组酸化最剧烈（24小时降至4.13），最终pH为4.04。48小时后菌数和pH变化趋于稳定。冻干后所有FHSP的LAB活菌数仍保持在108 CFU/g以上，其中副干酪乳杆菌组最高（9.02×108 CFU/g），显示其最佳的抗冻干能力。
3.3 LAB发酵对火麻籽产品化学组成的影响：所有发酵样品的还原糖含量均显著低于未发酵对照，其中发酵乳杆菌组最低。可溶性蛋白含量在发酵后也显著降低，这可能与酸化导致蛋白质向等电点区域聚集沉淀有关。膳食纤维组成未发生显著变化。
3.4 发酵对火麻籽产品技术特性的影响：所有FHSP的WSC均显著高于对照，且不同菌株间无差异。WRC呈菌株依赖性：副干酪乳杆菌和植物乳杆菌组的WRC显著高于对照和发酵乳杆菌组。ORC仅在发酵乳杆菌组中显著提高。这些变化可能源于发酵引起的纤维结构修饰和蛋白质构象改变。
3.5 发酵对火麻籽产品功能特性的影响：发酵乳杆菌FHSP的胆盐结合能力最高，副干酪乳杆菌和植物乳杆菌居中。在pH 2.0条件下，发酵乳杆菌和植物乳杆菌组的胆固醇结合能力最高；在pH 7.0条件下，植物乳杆菌组和未发酵对照最高。副干酪乳杆菌FHSP的TPC和DPPH自由基清除活性最高，而副干酪乳杆菌和植物乳杆菌组的ABTS活性最高。这些结果表明发酵对不同功能特性的影响具有显著的菌株特异性。
3.6 发酵对火麻籽产品挥发性化合物谱的影响：共鉴定出60种挥发性化合物，其中乙酸乙酯、乙酸和己醛占总峰面积的70%-85%。未发酵样品中以己醛（44.75%）为主，呈现青草油脂气味。发酵后乙酸相对比例大幅上升至38.25%-50.50%（副干酪乳杆菌组最高），己醛比例下降。植物乳杆菌组检测到特有的乙偶姻（6.37%），赋予奶油香气。整体而言，发酵使风味从青草-果香型转向酸味主导型。
3.7 发酵乳饮料中添加FHSP的评价：随着FHSP添加量从0增至8 g/100 g，饮料的TPC、ABTS和DPPH抗氧化活性呈浓度依赖性递增。贮藏9天内所有样品pH持续下降（终值3.83-3.88），但FHSP添加量对酸化模式影响有限。乳清析出率随FHSP浓度升高而增加，8 g/100 g组在48小时达到10.33%。颜色参数方面，L值从90.41降至66.91（变暗），a值从-3.47升至0.24（偏红），b*值从8.50升至13.30（偏黄），产品呈更深的棕黄色。
3.8 FHSP对发酵乳饮料感官特性的影响：4 g/100 g FHSP添加量的饮料获得最均衡的感官接受度，在风味（6.0分）、质地（6.3分）和颜色（6.3分）上得分最高。2 g/100 g组被认为火麻风味不足，而8 g/100 g组被部分评估员认为风味过于强烈且苦味和后味接受度下降。评估员评论指出，4 g/100 g组的独特土味被某些人联想到抹茶，总体评价积极。
讨论与结论
本研究表明，高膳食纤维和高蛋白含量的火麻籽粉是LAB发酵的良好基质。三种LAB均能成功生长，其中副干酪乳杆菌在活菌数、酸化能力和冻干存活率方面表现最优。发酵以菌株依赖的方式改变了产品的技术特性和功能特性：副干酪乳杆菌和植物乳杆菌提高了WRC，发酵乳杆菌提高了ORC和胆盐结合能力；副干酪乳杆菌在提升TPC和DPPH抗氧化活性方面最为有效。发酵还显著改变了挥发性化合物谱，增加了乙酸比例并降低了己醛比例。基于其最高的LAB存活率、TPC和DPPH活性，研究人员选择副干酪乳杆菌FHSP用于发酵乳饮料的强化。添加FHSP以浓度依赖方式提升了饮料的TPC和抗氧化活性，但同时也导致颜色加深和乳清析出增加。感官评估确定4 g/100 g为最佳添加量，在此水平下功能特性得到改善，同时保持了可接受的物理稳定性和感官品质。结论证实了副干酪乳杆菌发酵的火麻籽产品在发酵乳饮料中的应用潜力，通过适当添加量可在维持产品可接受性的前提下实现酚类物质和抗氧化活性的增强。
