《Food Chemistry: X》：Integrated metabolomic characterization of refrigerated storage stability and aroma development in a
Lactiplantibacillus plantarum LP-315–fermented milk beverage
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整合代谢组学表征植物乳杆菌LP-315发酵乳饮料的冷藏储存稳定性与香气形成
本研究以植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）LP-315为单一发酵剂制备活菌型发酵乳饮料，系统评估其在4 °C冷藏21天期间的品质稳定性与风味演变。
整合代谢组学表征植物乳杆菌LP-315发酵乳饮料的冷藏储存稳定性与香气形成
本研究以植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）LP-315为单一发酵剂制备活菌型发酵乳饮料，系统评估其在4 °C冷藏21天期间的品质稳定性与风味演变。研究人员发现，LP-315可将牛奶发酵至pH 3.8，且所得饮料在4 °C储存21天内表现出有限的后酸化现象。采用超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱质谱（UPLC–Q Exactive Orbitrap MS）对非挥发性代谢物进行非靶向 profiling，结果显示从储存第1天（S1）至第7天（S7）期间代谢物变化最为显著。差异非挥发性代谢物主要富集于精氨酸-脯氨酸代谢、半乳糖代谢及三羧酸（TCA）循环相关通路。相对香气活性值（rOAV）分析表明，水果香、花香、柑橘香及甜香等主要香气特征在21天储存期内总体得以保留。整合相关性分析进一步将碳水化合物、氨基酸、有机酸及脂质代谢与风味演变轨迹相关联，揭示了冷藏储存期间微生物代谢动态平衡与产品品质稳定性之间的内在联系。
论文解读：植物乳杆菌LP-315发酵乳饮料冷藏稳定性与香气演变的代谢组学整合研究
一、研究背景与目的
含活性乳酸菌（LAB）的乳基饮料因其兼具营养属性、活菌递送功能及便捷消费形式而日益受到关注。然而，此类产品在冷藏储存期间常面临后酸化、活菌数下降、风味劣变及感官品质波动等问题，制约了产品的货架期稳定性。植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）因具有广泛的生态适应性、胁迫耐受性及代谢多样性，被视为潜在的乳品发酵剂。菌株LP-315分离自中国四川省大邑县的泡菜，前期研究已证实其具有耐酸耐胆盐能力、抗炎活性及产抗菌肽等益生特性，但将其作为单一发酵剂应用于活菌型发酵乳饮料的发酵性能、冷藏稳定性及代谢物动态变化尚未被系统表征。因此，本研究旨在全面评估LP-315发酵乳饮料在4 °C冷藏21天期间的理化品质、活菌数、感官属性及非挥发性和挥发性代谢物谱的时空演变，并通过代谢组学手段揭示冷藏稳定性与风味形成的内在代谢机制。
二、研究内容与主要结论
研究人员以LP-315为唯一发酵剂制备活菌型发酵乳饮料，在发酵起始（F0）、发酵终点（FE）及冷藏第1、7、14、21天（S1、S7、S14、S21）系统采集样品，测定pH、滴定酸度（TA）、活菌数及感官评分，并采用非靶向代谢组学技术对非挥发性和挥发性代谢物进行全面表征。结果表明，LP-315能够有效发酵牛奶至pH 3.8，发酵期间活菌数从约1×10? CFU/mL增至1×10? CFU/mL以上。在21天冷藏期间，饮料pH缓慢下降、TA适度升高，呈现有限后酸化特征；活菌数虽逐渐降低但始终维持在1×10? CFU/mL以上，感官评分保持较高水平。代谢组学分析显示，发酵阶段代谢物变化最为剧烈（FE vs F0差异代谢物418个），冷藏早期（S7 vs S1）次之（254个），而S7至S14期间变化最小（43个），表明冷藏期间代谢活动呈现先强后弱的动态模式。该研究证实LP-315发酵乳饮料的冷藏稳定性并非源于代谢静止，而是低强度代谢与选择性底物利用之间的动态平衡所致。
三、关键技术方法
本研究主要采用以下核心技术手段：以LP-315为单一发酵剂制备活菌型发酵乳饮料，全脂牛奶经均质、热处理后接种，37 °C发酵至pH 3.8，随后与糖液和水按比例调配成终产品并于4 °C储存21天。非挥发性代谢物采用超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱质谱（UPLC–Q Exactive Orbitrap MS）进行非靶向 profiling，挥发性代谢物采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME–GC–MS）分析。数据处理结合主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）、火山图分析及京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，差异代谢物筛选标准为VIP>1且BH校正后P<0.05。香气贡献评估采用相对香气活性值（rOAV）分析，并运用相关性网络整合非挥发性与挥发性代谢物数据。
四、研究结果
4.1 品质属性与理化性质
发酵期间pH从约6.2降至3.8，TA从约38 °T升至170 °T，活菌数从1×10?增至1×10? CFU/mL以上。冷藏期间pH渐进下降、TA适度增加，活菌数虽下降但S21时仍高于1×10? CFU/mL，感官评分保持较高水平，表明LP-315发酵乳饮料具备良好的冷藏稳定性。
4.2 非挥发性代谢组的时间变化
PCA分析显示F0与FE显著分离，S1与后续储存点区分明显，而S7、S14、S21较为接近。OPLS-DA及火山图分析表明，发酵阶段差异代谢物最多（418个），S7 vs S1次之（254个），S7 vs S14最少（43个），S21 vs S1累积差异达265个，揭示冷藏期间代谢谱呈现先剧烈后趋缓的动态演变。
4.3 主要非挥发性代谢物的时间变化
KEGG通路富集分析显示，差异代谢物主要涉及甘油磷脂代谢、甘油酯代谢、淀粉与蔗糖代谢、丙酸代谢、谷胱甘肽代谢、色氨酸代谢及缬氨酸/亮氨酸/异亮氨酸降解等通路。氨基酸方面，L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、L-半胱氨酸和L-脯氨酸在S1时相对丰度较高，随后下降；L-色氨酸、L-精氨酸、L-鸟氨酸和L-缬氨酸则在S14或S21升高或呈非单调变化，表明游离氨基酸库发生选择性重塑。碳水化合物方面，UDP-D-半乳糖、海藻糖和乳果糖在S1时较高随后下降，而乳糖、甘露糖、甘露醇等在中后期增加，反映碳源利用与代谢中间体重分布。有机酸方面，乳酸、丙酮酸、琥珀酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸和苹果酸在S1时较高随后下降，柠檬酸则呈相反趋势，从S7起持续维持较高水平。
4.4 挥发性化合物组成与时间变化
共检出637种挥发性化合物，以烃类（135种）、杂环化合物（103种）和酯类（77种）为主。PCA显示F0与所有后续样品显著分离，FE与储存样品各自占据不同区域。F0 vs FE差异挥发性化合物最多（85个），S7 vs S1次之（28个），S7 vs S14最少（6个），S21 vs S1累积差异55个。发酵显著改变了挥发性谱，冷藏期间各类化合物呈现化合物特异性的时间变化模式。
4.5 差异挥发性化合物的时间模式
F0 vs FE比较显示，2-甲基丁酸、(Z)-2-辛烯-1-醇及多种吡嗪类、烷烃类化合物在发酵后降低，而2-甲基辛酸、苯乙酸、己酸乙酯等增加。S7 vs S1期间，1-己醇、2-十一醇、十四醛及多种二甲苯异构体降低，而乙酸3-甲氧基-1-丁醇酯、壬酸乙酯、3,5,5-三甲基-2(5H)-呋喃酮、2-庚酮等增加。S14 vs S7变化最小，S21 vs S14又出现新的变化，表明冷藏期间挥发性谱持续动态调整。
4.6 基于rOAV的潜在香气活性化合物表征
rOAV分析将主要香气活性化合物归为柑橘香、花香、果香、甜香和酒香五类，其中果香类化合物数量最多。甜香类中2-甲基四氢呋喃-3-酮rOAV最高；柑橘香类中(E)-2-辛烯-1-醇、十二碳烯腈和壬醛rOAV较高；花香类中(Z)-2-辛烯-1-醇、癸醛和芳樟醇排名靠前。多数主要化合物在S1与S21之间的rOAV差异较小，表明整体香气活性谱在21天冷藏期内得到较好保留，但个别酯类、醛类、内酯类、酮类和萜类呈现各自独特的变化轨迹。
4.7 挥发性化合物与非挥发性代谢物的整合分析
相关性网络显示，芳香族氨基酸（L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、L-色氨酸）与多种芳香族挥发性化合物相关联，提示氨基酸降解可能贡献了花香、蜜香和甜香特征。碳水化合物和有机酸代谢物与呋喃类及酮类化合物相关，将中心碳代谢与焦糖香、焙烤香和熟成香特征相联系。脂质相关代谢物与多种酯类和醛类（如3-甲基丁酸乙酯、庚酸乙酯、壬醛、癸醛）相关，表明脂质转化可能参与了果香和奶油香特征的形成。
五、讨论与结论
研究讨论指出，LP-315在冷藏期间呈现阶段依赖性的代谢适应：发酵阶段以快速碳源利用和产酸为主，进入冷藏后逐渐转向低强度、选择性的代谢状态。冷藏早期碳水化合物、有机酸和氨基酸代谢发生显著重塑，随后整体代谢变化幅度逐渐减小，但氨基酸和脂质相关代谢仍保持一定程度的动态调整。这种代谢模式可能使系统在维持LP-315活性的同时限制过度后酸化，并持续调节非挥发性风味前体与挥发性香气化合物之间的平衡，从而在21天冷藏期内保持主要的甜香、花香、柑橘香和果香特征。研究结论表明，LP-315发酵乳饮料的冷藏品质稳定性并非源于代谢静止，而是低代谢强度与选择性底物利用之间动态平衡的结果。这一代谢行为为理解活菌型冷藏乳饮料中菌株存活、代谢与风味之间的耦合关系提供了新见解，也为筛选兼具高活菌数和风味稳定性的乳酸菌菌株提供了理论依据。
