《Food Bioscience》：From Laboratory Screening to Factory Production: Unravelling the Role of Yeast Strains on Chemical Compositions of Apple Cider
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摘要为筛选出适用于苹果酒发酵的高质量酵母菌株，并研究工业化生产的可能性，本研究从生长动力学、理化性质、多酚相关抗氧化活性以及风味代谢特征等方面对12种酵母菌株进行了系统比较评估。在实验室规模试验中，L-F5、L-BA和L-MIX三种酵母菌株表现出明显优势。例如，L-F5的总酚含量
摘要
为筛选出适用于苹果酒发酵的高质量酵母菌株，并研究工业化生产的可能性，本研究从生长动力学、理化性质、多酚相关抗氧化活性以及风味代谢特征等方面对12种酵母菌株进行了系统比较评估。在实验室规模试验中，L-F5、L-BA和L-MIX三种酵母菌株表现出明显优势。例如，L-F5的总酚含量最高，为743.79毫克/升，抗氧化能力也最强，达82.60%；L-BA含有大量醛类物质，尤其是香兰素，含量为15952.87微克/升，同时还含有多种酯类物质，其中乙酸乙酯的含量为14526.03微克/升。L-MIX由于多种酵母菌株的协同作用，其总挥发性化合物含量最高，且风味协调性最佳，评分达到94分。随后，这些酵母菌株被应用于工业化苹果酒生产过程。本研究表明，将实验室规模的发酵技术转化为工业生产是可行的，同时也为标准化、高质量苹果酒的生产提供了科学依据。
引言
苹果酒是一种传统的酒精饮料，由压碎的苹果制成，因其宜人的香气和潜在的健康益处而在全球范围内广受欢迎（Xu等人，2025年）。随着苹果酒市场的快速发展，人们对产品风味的一致性、生产效率以及成本控制的要求也越来越高（Staples等人，2023年）。然而，在工业化生产过程中，苹果酒常常面临一些挑战，比如发酵周期不稳定、不同批次之间的风味差异较大，以及难以将实验室条件下的酵母表现转化为大规模生产环境中的表现，因为在大规模生产环境中，物理环境的差异可能会影响微生物的代谢活动以及最终产品的质量。传统的苹果酒生产往往依赖经验知识，缺乏科学合理的酵母选型标准和工艺优化方法（He等人，2021年）。目前苹果酒研究中的一个重要科学空白在于，尚不清楚在实验室中筛选出的酵母表型是否能够在实际的工业生产条件下保持稳定。以往的研究大多仅在实验室规模上评估酵母菌株，因此对于其在放大生产过程中的代谢一致性了解不足。因此，系统地在实验室中筛选出合适的酵母菌株，并将其应用于后续的工业生产，就成为了提升苹果酒质量的关键步骤。此外，选择那些具有高发酵效率、出色风味调控能力以及强环境适应性的酵母菌株，对于工业应用而言具有很大的前景（Fazio等人，2024年）。本研究通过建立一种严格的跨尺度对比框架，利用相同的苹果原料和一致的分析方法，从实验室到10吨级的工业发酵罐进行测试，从而解决了这一难题。在工业规模上的直接评估是一种独特的科学验证方式，与以实验室为中心的研究有很大不同。它能够确定菌株的特定特性，如多酚保留能力和风味特征，是否能够在大规模工业生产环境带来的压力下保持稳定。
一般来说，苹果酒复杂的风味和感官特性主要是由非挥发性化合物与挥发性化合物之间的协同作用所决定的。这些关键风味成分的浓度和比例会受到多种因素的影响，包括酵母菌株、苹果品种、产地以及发酵技术等（Schwartz等人，2025年）。目前，由于在苹果酒生产中广泛使用了商业酿酒酵母，导致最终产品的风味较为单一（Sun等人，2024年）。然而，市场上越来越需要具有复杂风味和独特地域特色的水果苹果酒。在苹果酒生产中选用不同的酿酒酵母和非酿酒酵母，可以通过产生更多种类的挥发性化合物，如酯类、醇类、萜烯类和挥发性酸类，来有效解决这一问题。这样一来，苹果酒的香气和口感就会更加丰富，从而呈现出独特的地域特色和风味（C?lug?r等人，2024年）。筛选出具有优异产香特性的酵母菌株，也有助于克服当前苹果酒生产中风味同质化的技术瓶颈，从而生产出具有独特地域特色的高质量苹果酒。
目前，大多数研究都集中在实验室层面评估发酵特性，包括小规模的理化分析和挥发性化合物检测。以往的苹果酒发酵研究主要探讨了不同酿酒酵母和非酿酒酵母菌株对苹果酒风味和抗氧化活性的影响（Peng等人，2025年；Wu等人，2023年）。不过，这些研究都仅在实验室规模上进行，没有探讨在相同原料和分析方法的条件下，菌株特有的性能是否能够在工业化发酵过程中保持不变。在实验室优化和工业生产验证之间仍然存在很大的差距。那些在受控实验室条件下表现优异的酵母菌株，在放大到工业生产环境后，可能会出现发酵效率下降或代谢失衡的情况。这可能是由于实验室和工业生产环境在营养条件、物质传递效率以及温度等方面的巨大差异所导致的。因此，在实际生产中，实验室的研究成果与工业应用之间往往存在较大的脱节现象（Wang等人，2024年）。为了弥补这一重要差距，本研究经过精心设计，与工业生产过程紧密结合。
本研究的主要目的是评估在放大到10吨级工业生产环境后，那些在实验室条件下经过优化的酵母代谢表型是否能够保持稳定并得到复制。为此，我们首先在实验室条件下，针对11种商业酵母菌株的特异性代谢特性进行了全面研究，重点考察了它们在多酚保留、风味形成、发酵动力学以及抗氧化活性等方面的表现。根据各菌株的整体表现，我们筛选出了最适合用于工业生产的候选菌株。随后，我们从发酵效率以及最终苹果酒产品的感官品质两个方面，分析了这些候选菌株在10吨级大规模发酵环境中的适应性。最终，本研究建立了一个基于数据的、可验证的框架，可以将实验室中筛选出的目标菌株有效地应用于工业苹果酒生产，从而获得稳定的商业生产结果。预计本研究的结果将为苹果酒生产商提供高效的酵母菌株选择方案，同时也为工业酒精饮料的生产带来重要的实践意义。
章节节选
苹果原料与酵母菌株
用于苹果酒生产的苹果是从中国新疆维吾尔自治区阿克苏市购买的。这些富士苹果是在阿克苏完全成熟时采摘的。采摘后，苹果被运送到实验室，立即进行压榨取汁。所得苹果汁的可溶性固形物含量为14.5°Brix，pH值为4.04。所使用的酿酒酵母包括FR、CR1、BA、RA和DE，而非酿酒酵母则包括
苹果酒发酵过程中酵母种群的变化
酵母种群数量的动态变化能够很好地反映苹果酒发酵过程中的微生物活动状况（Wang等人，2024年）。不同酵母菌株的生长曲线如图1A-C所示。一般来说，发酵时间在7到15天之间，不同酵母菌株的发酵时间也有所不同。在发酵初期，酵母种群数量会迅速增加，达到峰值后会逐渐下降。在
结论
本研究对不同酵母菌株在实验室和工业化规模下的苹果酒发酵过程进行了筛选和评估。实验室实验以及工业化规模验证都表明，使用F5酵母菌株进行苹果酒发酵时，其发酵效果最为优异。实验室实验结果显示，L-F5具有最稳定的生长特性和最高的底物转化效率。而工业化规模验证也
CRediT作者贡献说明
He Wenjia：撰写——审阅与编辑、指导、资金获取。Dong Tiantian：方法学、数据整理。Huang Zhaomeng：方法学、研究实施。Zhang Yiwei：撰写——初稿撰写、可视化分析、方法学、研究实施、数据整理。Ding Yuting：撰写——审阅与编辑、指导
未引用参考文献
He等人，2023年；Wang等人，2024年。
利益冲突声明
? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了阿拉尔市第一师科技计划项目（项目编号：2024SP01）的财政支持，特此致谢。
Yiwei Zhang|Zhaomeng Huang|Tiantian Dong|Wenjia He|Yuting Ding
中国浙江省杭州市浙江工业大学食品科学与技术学院，国家海洋渔业资源绿色低碳高效开发利用重点实验室，远洋水产品加工国家研发中心分中心，邮编310014
