红茶与咖啡副产物康普茶发酵过程中短链与中链脂肪酸及糖类的变化及其与酸味的关系

《Foods》：Changes in Short- and Medium-Chain Fatty Acids and Sugars During Kombucha Fermentation of Tea and Coffee Byproducts and Their Relation to Sourness

　　

摘要：康普茶（Kombucha）传统上由红茶（Camellia sinensis）与蔗糖经细菌酵母共生体（SCOBY，Symbiotic Culture Of Bacteria and Yeasts）发酵制成，其中短链与中链脂肪酸及其他有机酸主要由醋酸菌产生，构成康普茶典型风味。咖啡加工过程中产生大量低值副产物——咖啡果皮（cascara，CC）与咖啡叶（CL，Coffea arabica leaves）。迄今，传统康普茶发酵过程中短链与中链脂肪酸及单糖谱的变化研究较少，以非山茶属原料制备的康普茶中该类物质组成更为匮乏。本研究追踪了红茶（BT）、CC 和 CL 浸提液发酵康普茶过程中糖类变化及短链与中链脂肪酸的生成，并将其浓度与理化参数〔总可溶性固形物（TSS）、pH、可滴定酸度（TA）〕及训练评审小组与未训练消费者评定的饮品感知酸度相关联。向阿拉比卡咖啡 CC、CL 或 BT 浸提液中加入 BT 康普茶、SCOBY 及 10% 蔗糖，分别于 0、3、6、9 天取样发酵。有机酸采用气相色谱–质谱（GC?MS）半定量；蔗糖与单糖采用高效液相色谱–示差折光检测器（HPLC?RID）分析；感官分析采用 Rate All That Apply（RATA）检验。结果经 ANOVA?Fisher 与 Pearson 相关分析（p < 0.05）。各浸提液检出葡萄糖、果糖、阿拉伯糖、木糖、纤维二糖及甘油。所有康普茶样品至第 9 天平均蔗糖浓度下降 28%，伴随 TSS 降低。共半定量 8 种有机酸，醋酸（acetic acid）为所有饮品主要酸（8.4～1971 mg L?1），异戊酸（isovaleric acid）为主要微量酸（0.7～17.7 mg L?1）；另检出丁酸（butanoic acid）、2?甲基丙酸（2?methylpropanoic acid）、戊酸（pentanoic acid）、3?甲基戊酸（3?methylpentanoic acid）、己酸（hexanoic acid）及辛酸（octanoic acid）。TA 值与消费者感知酸味总体上升，CC 康普茶中酸浓度在第 9 天有所下降。所有康普茶中 TA、酸味及气泡/杀口感呈正相关。尽管有机酸总浓度多在第 3 或第 6 天较高，CO2生成及其他有机酸可能使第 9 天 TA 与酸味升高。通常认为 pH 与有机酸浓度直接关联酸味，但仅靠这些参数无法准确预测或调控康普茶酸味强度，因 CO2生成、缓冲体系存在及糖类与其他可溶性固形物亦可能影响感知酸度与酸味。

论文解读：红茶与咖啡副产物康普茶发酵过程中短链与中链脂肪酸及糖类变化及其与酸味的关系

一、研究背景与意义

发酵食品具悠久历史且近年因健康效益再度受关注。康普茶（Kombucha）系由细菌酵母共生体（SCOBY，Symbiotic Culture Of Bacteria and Yeasts）发酵茶浸提液与蔗糖制得，含酚类、单/双糖及有机酸等，其中有机酸（尤醋酸）主要由醋酸菌产生，决定典型酸味与风味。咖啡是全球重要贸易商品，加工中产生大量副产物咖啡果皮（cascara，CC）与咖啡叶（CL，Coffea arabica leaves），常被视为低值物，欧方已将其列为新资源食品（novel foods）。既往对康普茶发酵中有机酸（尤非醋酸短链与中链脂肪酸，short? and medium?chain fatty acids, SCFAs/MCFAs）及单糖动态研究稀缺，以咖啡副产物为基质者更甚。虽前期感官研究表明咖啡副产物康普茶随发酵酸味增强，但有机酸谱与感知酸味间关系不明。研究人员据此开展本研究，旨在鉴定红茶（black tea, BT）与咖啡副产物（CC、CL）康普茶发酵中主要有机酸与简单糖的消长，并关联其浓度与理化参数及消费者酸味感知，论文发表于《Foods》。

二、主要关键技术方法

研究人员以市售 BT 及产地来源之阿拉比卡咖啡果皮（CC1 巴西干法、CC2 尼加拉瓜湿法）与商业阿拉比卡咖啡叶（CL）为原材料。分别制备 3%（w/v）BT 与 CC 浸提液、2.5%（w/v）CL 浸提液，过滤除菌后接种预驯化 SCOBY 及 10%（v/v）BT 康普茶启动液、添加 10%（w/v）蔗糖，23 ℃ 发酵，于 0、3、6、9 天取样。主要检测技术包括：pH 计测 pH、NaOH 滴定法测可滴定酸度（TA，以 mEq/L 表示）、手持折光仪测总可溶性固形物（TSS，°Brix）；高效液相色谱–示差折光检测器（HPLC?RID）定量蔗糖与单糖（葡萄糖、果糖、阿拉伯糖、木糖、纤维二糖）及甘油；气相色谱–质谱（GC?MS）以氘代内标半定量 8 种短/中链有机酸（醋酸、异戊酸、丁酸、2?甲基丙酸、戊酸、3?甲基戊酸、己酸、辛酸）；咖啡副产物康普茶经伦理审批后以 216 名未训练消费者进行 Rate All That Apply（RATA）感官检验评定酸味、醋香、气泡感等；数据以 ANOVA?Fisher 检验与 Pearson 相关分析（p ≤ 0.05）处理。

三、研究结果

3.1. Physicochemical Parameters（理化参数）

研究人员测得 BT、CC、CL 浸提液与对应康普茶之 pH、TA 与 TSS。发酵致 pH 温和下降、TA 显著上升，BT 康普茶 pH 降幅最大，CL 康普茶 TA 升幅最明显，CC 康普茶 TA 较稳定。各康普茶 pH 与 TA 相关性弱，归因于发酵过程形成有机酸缓冲体系。TSS 在 BT 与 CL 康普茶发酵中显著降且与总糖正相关、与 TA 负相关，CC 康普茶 TSS 变化不显著，提示 SCOBY 对 BT 与 CL 基质利用偏好更强。所有终产品 pH 处于安全饮用范围（≈2.5～4.2–4.6）。

3.2. Monosaccharides and Sucrose Content in Beverages Made with Black Tea and Coffee Byproducts（红茶与咖啡副产物饮品中单糖与蔗糖含量）

HPLC?RID 结果显示 BT、CC、CL 浸提液中检出葡萄糖、果糖、阿拉伯糖，BT 另有木糖，CC（湿法）检出甘油，发酵中各组阿拉伯糖、木糖、甘油、纤维二糖无显著变化。所有康普茶从 d0 至 d9 蔗糖浓度降低（BT 约 20%、CC 平均 25%、CL 约 37%），酵母分泌转化酶将蔗糖水解为葡萄糖与果糖后被进一步代谢产乙醇、甘油与有机酸（主要为醋酸）及 CO₂，致 TSS 下降。

3.3. Organic Acids（有机酸）

GC?MS 半定量表明 BT 浸提液未检出有机酸，接种发酵后醋酸为主要酸（86.7～188.4 mg L^?1），总酸浓度多 d3 或 d6 达峰、d9 回落，可能与低 pH 抑制醋酸菌及酯化消耗酸有关。另检出 2?甲基丙酸（d9）、丁酸（d3、d6）、异戊酸（d3、d6）、戊酸（d3、d6）、3?甲基戊酸（d3、d6）、己酸（d6、d9）、辛酸（d9）。咖啡副产物浸提液基本无有机酸（CC2 痕量醋酸源于采后轻微发酵），发酵后醋酸亦为 CC 康普茶（77.1～749.2 mg L^?1）与 CL 康普茶（46.5～1971 mg L^?1）最主要酸，并检出异戊酸（次主要微量酸）、丁酸、戊酸、3?甲基戊酸、己酸、辛酸（CL 中 d3～d9）。总酸浓度动态各异：CC1 K d3→d6 升、d9 降；CC2 K d3 峰、d6 与 d9 降；CL K d3 峰、d6 降、d9 回升，可能与酯合成及微生物代谢转换相关，理化参数因缓冲容量未显著同步波动。

3.4. Sourness Perception in Coffee Byproducts Kombuchas（咖啡副产物康普茶酸味感知）

RATA 结果显示消费者随发酵进程渐强感知气泡（sparkling）/杀口（fizzy）感，其与发酵时间及酸味强正相关（r > 0.90, p = 0.000），醋/苹果醋香气亦与酸味强相关。TA 与酸味感知强正相关（r > 0.90, p = 0.000）。虽有机酸总浓度多 d3/d6 达峰，消费者酸味强度却持续增至 d9，研究人员解释为：①前期较高蔗糖/TSS 具甜味掩盖效应且较高粘度削弱酸味感知，d9 糖耗、TSS 降、流动性增致酸味凸显（TSS、总糖与酸味强负相关）；②d9 CO₂生成增多，实验证实 CO₂溶入水可降 pH、升 TA 并增强酸感，与 d9 TA 升高及气泡感评分吻合。故仅靠有机酸浓度或 pH 不足以预测康普茶酸味。

四、讨论与结论翻译（Conclusions and General Remarks）

本研究探讨了康普茶发酵中短链与中链有机酸、糖类及 CO₂对酸味及相关感官属性的作用。研究人员在红茶与咖啡副产物康普茶中定量了 8 种有机酸、1 种双糖、6 种单糖及 1 种多元醇。醋酸为所有样品最主要酸，异戊酸为最丰富微量酸。尽管有机酸浓度多较早达峰，酸味及醋酸相关属性感知持续增强，主要归因于发酵后期糖类与 TSS 下降、液体流动性增加及 CO₂生成增多，后者反映于 TA 升高及气泡/杀口感属性增强。因此，虽然一般认为 pH 与有机酸浓度与酸味直接相关，但仅凭这些参数无法准确预测或调控康普茶酸味强度，CO₂生成、缓冲体系存在及糖类与其他可溶性固形物亦会影响感知酸度与酸味。未来应探究各鉴定有机酸（含未测之葡萄糖酸、葡萄糖醛酸、柠檬酸）对酸味与风味的单独贡献，并关注个体味觉敏感度与唾液缓冲能力差异对酸味感知的影响。上述结果有助于理解康普茶化学与感官感知间动态关系及不同原料对发酵与感官结果的影响。