Neurospora sitophila作为可可发酵起始培养物的潜力：对发酵动力学、生物活性化合物及可可豆和可可液块结构特性的影响

《Journal of Agriculture and Food Research》：Potential of Neurospora sitophila as a starter culture in cocoa fermentation: effects on fermentative dynamics, bioactive compounds, and structural properties of the cocoa bean and cocoa liquor

　　

可可发酵是决定可可衍生物理化学和功能品质的关键因素，然而丝状真菌作为起始培养物仍未得到充分探索。本研究评估了Neurospora sitophila作为可可发酵真菌起始培养物的潜力，考察了三种接种浓度（5 × 10³、5 × 10⁴和5 × 10⁵孢子/mL）及未接种对照对其发酵动力学、生物活性化合物以及可可豆和可可液块结构特性的影响。在发酵、干燥、焙烤和液块制备全程进行了理化、比色、色谱（HPLC）和光谱（FTIR）分析，同时对所得液块进行了热特性（DSC）评估。多变量（PCA、HCA）和FTIR分析表明，发酵时间而非接种浓度是pH下降（约6.0降至约4.9–5.0）、发酵指数进程、比色变化和生物活性化合物动态的主要相关因素。N. sitophila接种产生了化合物、参数和阶段特异性的效应，但无一致的剂量依赖性模式。NS5在发酵期间表现出最显著的光谱变化，液块中表儿茶素、儿茶素、可可碱和咖啡因的保留量更高，且其热行为处于通常与β(V)可可脂多晶型相关的范围内。处理对颜色的影响相对于加工阶段有限，且没有一种处理在所有参数上始终表现更优。总体而言，N. sitophila显示出作为真菌起始培养物的潜力，但在建立技术应用之前，还需要包含微生物学监测、更短的发酵时间、感官评价和正式优化的进一步研究。

论文解读：Neurospora sitophila作为可可发酵起始培养物的潜力

可可（Theobroma cacao L.）是巧克力工业的基础原料，其最终品质很大程度上取决于采后加工中的发酵环节。传统可可发酵通常依赖自然混菌体系，存在批次稳定性差、易受不良微生物污染等问题。为提升过程控制，研究者已尝试将酵母和细菌作为起始培养物（starter culture），但丝状真菌（filamentous fungi）的潜力尚未被充分挖掘。Neurospora sitophila作为一种生长迅速、能产生水解酶和多种代谢产物的真菌，曾在可可壳发酵和传统固态发酵中表现出底物转化能力，但未见将其应用于可可豆发酵的研究。因此，本研究旨在系统评价N. sitophila作为可可发酵真菌起始培养物的可行性，并明确其对发酵动态、生物活性化合物及可可豆和可可液块结构特性的影响。论文发表于《Journal of Agriculture and Food Research》。

研究人员从秘鲁亚马逊大区Utcubamba省Cajaruro区Naranjos Alto的可可种植园采集成熟Criollo可可豆荚，在UNTRM的植物生物技术实验室制备N. sitophila孢子悬液，设置未接种对照及三个浓度处理（NS3、NS4、NS5，分别为5 × 10³、5 × 10⁴、5 × 10⁵孢子/mL），进行为期8天（192 h）的发酵，并继续完成干燥、焙烤和可可液块制备。主要技术方法包括：pH和可滴定酸度（TA）测定、发酵指数（Fermentation Index, FI）测定、总酚含量（Total Phenolic Content, TPC）的Folin–Ciocalteu法分析、DPPH自由基清除法测定抗氧化活性、高效液相色谱（HPLC）定量黄酮类/甲基黄嘌呤/酚酸、CIELAB色空间比色分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）分子相互作用分析，以及差示扫描量热法（DSC）评价液块热性能；数据采用双因素重复测量方差分析、主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）进行统计。

在可可发酵阶段（3.1），理化和生物活性特性（3.1.1）显示，pH从约6.0逐渐降至4.9–5.0，但48 h后处理间差异消失；可滴定酸度变化较小且处理间始终无显著差异；FI随发酵时间明显上升，但各时间点峰值处理不稳定；TPC从高值大幅下降，而DPPH活性在中后期升高。这些变化主要由发酵时间驱动，接种浓度未呈现持续或剂量依赖效应。黄酮类、甲基黄嘌呤和酚酸（3.1.2）中，表儿茶素和儿茶素总体下降，但接种处理在结束时保留量高于对照；花青素（cyanidin）波动较大；可可碱相对稳定；咖啡因和阿魏酸变化复杂，均无一致的浓度梯度关系。颜色（3.1.3）显示，色度参数随时间从紫棕色过渡，处理间差异仅在120 h出现且未持续。PCA和HCA（3.1.4）表明样本主要按发酵时间聚类而非按处理聚类，PC1解释70.5%的变异，印证时间的主导作用。FTIR分子相互作用（3.1.5）显示，发酵期间羟基、羰基、脂质和多糖相关谱带发生改变，其中NS5处理的光谱变化最为显著，提示该浓度可增强发酵过程中的物质转化。

在干燥、焙烤和可可液块阶段（3.2），生物活性化合物（3.2.1）呈现处理与阶段依赖的动态变化：焙烤使表儿茶素和儿茶素降低，但NS3和NS5液块中浓度反而上升；NS5液块中表儿茶素、儿茶素、咖啡因和可可碱含量较高。颜色（3.2.2）方面，处理间差异有限，主要差异来自加工阶段，NS4和NS5在液块中红度（a*）、黄度（b*）和彩度（C*）增加。PCA（3.2.3）显示NS4在干燥和焙烤阶段与多种酚酸和甲基黄嘌呤关联，NS5在液块中与儿茶素、咖啡因等关联，但整体仍以加工阶段区分。FTIR（3.2.4）表明热加工使各处理谱带差异逐渐收敛，接种未改变整体功能组成。DSC（3.2.5）显示液块在32–34 °C出现主要吸热转变，NS5的熔融峰位于通常与可可脂β(V)多晶型相关的温度范围，但该判断仅基于熔融温度，未结合X射线衍射等确认技术，属于描述性结果。

讨论部分指出，本研究缺乏对乳酸菌和醋酸菌等天然菌群的定量监测，发酵时长固定为192 h，且未进行正式的多目标优化。尽管NS4和NS5在部分变量上表现出有利关联，但不同处理、变量和阶段间未呈现一致优势。结论可翻译为：本研究评估了N. sitophila作为可可发酵真菌起始培养物的潜力，加工时间而非接种浓度是发酵过程中理化、生物活性和比色变化的主要因素；接种效果具有化合物和阶段特异性。NS5（5 × 10⁵孢子/mL）在可可液块中表现出较高的表儿茶素、儿茶素、可可碱和咖啡因保留量，其热行为接近有利于可可脂技术品质的β(V)多晶型范围。然而，由于缺乏一致的剂量依赖响应且多种分析为描述性结果，这些发现仅为N. sitophila潜在应用价值的初步证据，尚不能证明明确的技术改善。未来研究应纳入直接微生物监测、约120 h的更短发酵时间、更多生物学重复、X射线衍射和三酰甘油组成分析，以及响应面法等正式优化设计，以进一步验证其技术潜力。