甘蔗克菲尔：一种基于可持续发酵的新型方法，用于甘蔗汁的增值利用，具有增强的储存稳定性和功能特性

《Applied Food Research》：Sugarcane Kefir: A Novel Sustainable Fermentation-Based Approach for Valorization of Sugarcane Juice with Enhanced Storage Stability and Functional Properties

　　

甘蔗汁富含营养物质和生物活性成分，但极易腐烂，因此需要开发技术和产品以延长其保质期。本研究旨在开发一种发酵甘蔗克菲尔饮料并评估其储存稳定性。研究人员开发了对照水克菲尔（C）、优化甘蔗克菲尔（SC-C）以及添加生姜（SC-G）和芒果姜（SC-MG）风味的品种，并在4°C下冷藏90天。理化分析表明，所开发的甘蔗克菲尔具有独特性质，pH值范围为2.9至3.1，初始总可溶性固形物（TSS）下降近50%。以乳酸当量表示的可滴定酸度显示，SC样品的酸度较对照增加3倍。SC饮料的糖浓度（1.3-4.7 mg/mL）显著低于对照（8.1 mg/mL）（p≤ 0.001）。在整个储存期间，总酚含量（57-84 μg GAE/mL）显著较高，抗氧化活性（45-69% DPPH清除率）增强，并存在潜在益生菌乳酸菌（LAB）（4.3-9.46×10⁴ CFU/mL）。总体而言，与对照相比，SC-MG的接受度最高，其次为SC-G。据研究人员所知，这是首次关于在冷藏条件下具有90天稳定性的功能性甘蔗克菲尔饮料的报道。结果表明，优化的甘蔗汁基质适合微生物发酵，所开发的饮料可作为含糖饮料的优质功能性替代品。开发新型甘蔗汁基发酵饮料通过促进功能性营养、多样化、环保发酵工艺以及农业资源增值，支持可持续食品系统，从而符合可持续发展目标（SDGs）9和12。

**论文解读：甘蔗克菲尔——一种可持续发酵策略用于甘蔗汁增值及储存稳定性提升**

**研究背景与意义**
甘蔗（*Saccharum officinarum* L.）汁富含有机酸、蔗糖、矿物质（镁、钙、铁、钾、钠）及多酚等生物活性成分，在印度传统医学（Ayurveda）中用于利尿、增强免疫及护肝。然而，甘蔗汁因高糖含量（约20%总可溶性固形物，TSS）和高水活度（0.99），极易受微生物污染和酶促/非酶促褐变，室温下保质期仅数小时。现有延长保质期的方法包括巴氏杀菌、微波处理及添加化学防腐剂（如柠檬酸、山梨酸钾），但仅能延长数天至数周，且存在沉淀、风味劣变等问题。发酵作为一种成熟的食品保藏手段，可同时提升营养和功能特性，但以甘蔗汁为底物发酵的研究报道极少。水克菲尔（一种由克菲尔粒发酵糖水制成的酸性、碳酸化、低酒精饮料）富含乳酸菌（LAB）、酵母和醋酸菌，具有抗菌、免疫调节、降胆固醇等健康益处，且在全球接受度高。本研究旨在利用甘蔗汁作为新型底物，结合克菲尔粒发酵，开发一种具有稳定储存期（90天，4°C）的功能性饮料，实现农业资源增值，符合可持续发展目标（SDG）9（产业创新）和12（负责任消费与生产）。论文发表在《Applied Food Research》。

**主要技术方法**
研究人员从印度芒格洛尔当地市场采购新鲜甘蔗汁、生姜（*Zingiber officinale*）和芒果姜（*Curcuma amada*）。采用两步发酵法：首先将甘蔗汁稀释至8°Brix，以2%克菲尔粒接种，于28±2°C发酵48小时获得优化甘蔗克菲尔（SC-C）；然后分别添加10%生姜汁（SC-G）或5%芒果姜汁（SC-MG）进行二次发酵4小时。对照为水克菲尔（C）。所有饮料于4°C储存90天，每15天分析理化指标（pH、TSS、可滴定酸度、总糖）、微生物指标（LAB和酵母计数，采用MRS和PDA培养基，并使用MacConkey琼脂检测革兰氏阴性菌污染）、总酚含量（TPC，Folin-Ciocalteau法）和抗氧化活性（DPPH自由基清除法）。感官评价由20名半训练小组成员采用9点享乐量表进行。

**研究结果**

**3.1 不同克菲尔饮料的理化参数**
通过pH、TSS、可滴定酸度和总糖的测定发现：发酵结束时，甘蔗克菲尔的pH（2.75-3.80）显著低于对照（3.80）（p≤0.001），存放90天后所有样品pH降至2.8-3.02；TSS从初始8°Brix降至发酵后的4.2-4.8°Brix（对照4.8），风味添加导致TSS短暂升高，但储存期间持续下降，SC-G下降最为显著（1.88倍）；以乳酸当量表示的可滴定酸度在SC样品中较对照增加3-7.6倍，储存期间持续上升，对照的酸度增速（约3倍）高于甘蔗样品（约1倍），说明甘蔗基质和风味剂（生姜、芒果姜）中的生物活性成分促进了微生物产酸。

**3.2 总糖估计**
采用苯酚-硫酸法测定总糖：甘蔗克菲尔样品的糖浓度在储存全程显著低于对照（p≤0.001）。初始糖浓度：SC-C最低（0.87 mg/mL），SC-G（2.09 mg/mL），SC-MG（5.64 mg/mL），对照（13.88 mg/mL）。储存期间，对照糖浓度逐渐下降，而甘蔗样品糖浓度先上升（归因于蔗糖水解和淀粉酶解）后下降。90天后，SC-C糖浓度最低（1.3 mg/mL），SC-G（2.5 mg/mL），SC-MG（4.7 mg/mL），对照（8.1 mg/mL）。所有甘蔗克菲尔糖浓度始终低于2.5 g/100mL，符合低糖食品标准，显著低于市售软饮料（8-15 g/100mL），表明其作为健康低糖替代品的潜力。

**3.3 不同克菲尔饮料的总酚含量及抗氧化性质**
通过Folin-Ciocalteau法和DPPH法测定：对照克菲尔的TPC（30-37.5 μg GAE/mL）较低，而甘蔗克菲尔的TPC显著更高（0天：57-75 μg GAE/mL；90天：84-94 μg GAE/mL）。SC-MG的TPC在储存初期较低，但60天后持续升高至最高。抗氧化活性与TPC正相关：所有甘蔗克菲尔的DPPH清除率（45-69%）均显著高于对照（约30%），SC-MG在60天后清除率最高（63-67%）。增强的抗氧化活性归因于LAB代谢释放或转化生物活性化合物。

**3.4 微生物学性质**
LAB和酵母计数结果显示：发酵结束时，甘蔗克菲尔的LAB数量（9.9-12.03×10⁴ CFU/mL）显著高于对照（7.90×10⁴ CFU/mL）。储存期间，SC-C和SC-G的LAB数量保持较高水平（SC-G 90天时仍为9.46×10⁴ CFU/mL），而SC-MG的LAB数量在储存后期显著下降至4.3×10⁴ CFU/mL，这可能与芒果姜中多酚、姜黄素类化合物的抗菌活性有关。酵母计数类似：SC-C和SC-G的酵母数量显著高于对照，而SC-MG较低。全程MacConkey琼脂平板无阳性菌落，表明未检出革兰氏阴性菌（包括卫生指示菌和大肠菌群）。虽然未进行益生菌属性评估，但饮用100-200 mL可提供足够数量的潜在益生菌LAB。

**3.5 感官分析**
20名小组成员采用9点享乐量表评价外观/颜色、味道/风味、气味、口感和总体接受度。0天时，SC-MG在所有属性（除颜色外）得分最高，其次为SC-G和对照；SC-C得分最低。90天时，所有饮料的感官评分与0天相似，表明发酵甘蔗克菲尔在冷藏条件下可保持90天可接受的感官品质。SC-MG总体接受度最高，其次为SC-G。

**讨论与结论**
讨论部分指出：甘蔗汁基质和风味剂（生姜、芒果姜）富含糖类、多酚、姜黄素和萜类化合物，为LAB和酵母的代谢提供额外营养，促进有机酸产生和抗氧化活性提升，这与前人关于植物提取物刺激LAB生长的研究一致。SC-MG中LAB数量下降但抗氧化活性最高，提示其抗菌成分可能抑制了部分微生物，同时释放了更多生物活性物质。整体而言，甘蔗克菲尔在90天储存期间保持了低糖、高酚、高抗氧化活性和可接受感官品质，且无病原菌污染，证明了发酵作为可持续保藏策略的有效性。
结论：据研究人员所知，这是首次利用克菲尔粒发酵甘蔗汁并评估90天稳定性的研究。结果表明，通过调节底物和风味剂，可以将甘蔗汁转化为具有目标功能特性的高价值饮料。该策略可推广至其他果汁，减少采后损失，促进功能性食品饮料多样化。未来需通过组学技术鉴定主导微生物和代谢产物，以进一步验证其功能性和益生菌潜力。本研究符合SDG 9和12，即创新产业和可持续消费与生产。