连续共发酵乳杆菌（Lacticaseibacillus casei EDH4-15）对扁豆酸奶的物理化学性质、GABA（γ-氨基丁酸）含量及风味发展的影响

《Food Bioscience》：Effects of sequential co-fermentation with Lacticaseibacillus casei EDH4-15 on the physicochemical properties, GABA enrichment and flavor development of lentil yogurt

　　

摘要

提高酸奶的营养功能和风味质量仍然是功能性发酵乳制品开发中的一个重要挑战。在本研究中，使用扁豆和牛奶作为底物，通过与实验室筛选出的Lacticaseibacillus casei EDH4-15菌株及商业发酵剂进行顺序共发酵，生产富含γ-氨基丁酸（GABA）的扁豆酸奶。首先对酸奶的物理化学性质、质地、颜色、微观结构和感官评价进行了表征。随后通过GC-IMS和广谱代谢组学技术，分析了挥发性和非挥发性代谢物，并探讨了发酵过程中与风味形成相关的代谢变化。添加扁豆会降低酸奶的持水能力和硬度，而与Lacticaseibacillus casei EDH4-15共发酵则部分改善了酸奶的凝胶结构并显著增加了GABA的含量。扁豆与Lacticaseibacillus casei EDH4-15的共同使用使得多种与香气相关的化合物（包括2,3-二甲基吡嗪和2,5-二甲基吡嗪）及酯类（丁基异丁酸酯和丁基丁酸酯）的含量增加。代谢组学分析表明，糖酵解、三羧酸循环和氨基酸代谢可能参与了发酵过程中的代谢转化，并与以丙酮酸和乙酰辅酶A为中心的代谢网络有关。这些途径可能有助于发酵过程中 characteristic 代谢物的形成，包括有机酸、支链羟基酸和芳香化合物。总体而言，本研究为扁豆酸奶中GABA的富集及其与风味形成相关的代谢变化提供了新的见解，为开发具有更好营养和感官特性的天然GABA富集发酵乳制品提供了科学依据。

引言

酸奶是最广泛消费的发酵乳制品之一，具有细腻的质地、均匀的一致性和温和的乳香风味。酸奶是益生菌的重要载体，已被证明对免疫调节、肠道微生物群平衡和消化健康有益（L. Chen等人，2023；Zepeda-Hernández等人，2021；Zoumpopoulou等人，2017）。随着健康意识的提高，人们对具有特定营养特性的功能性酸奶的需求也在增加，这推动了原材料、发酵剂和加工技术的创新。然而，由于持续的生化和物理化学变化，酸奶在储存过程中的感官质量可能会发生变化，从而影响消费者的接受度和产品的稳定性。因此，监控储存期间的感官特性对于理解新型功能性酸奶产品的感官稳定性和潜在保质期非常重要。

γ-氨基丁酸（GABA）是一种非蛋白质氨基酸，因其潜在的生理功能而受到关注，包括调节睡眠（Ren等人，2023）、降低血压（Shizuka等人，2004）和抗糖尿病作用（Sabna等人，2026）。然而，人体内自身的GABA合成能力有限，因此饮食摄入是重要的来源。先前的研究表明，某些乳酸菌，如Lacticaseibacillus brevis（Carafa等人，2019）、Lactiplantibacillus plantarum（Kim等人，2022）、Lacticaseibacillus paracasei（Sun等人，2023）和Lactobacillus helveticus，可以通过谷氨酸脱羧酶（GAD）介导的脱羧作用将谷氨酸（Glu）转化为GABA。使用具有GAD活性的乳酸菌进行发酵被认为是的一种高效且安全的GABA富集方法。因此，选择产生GABA的乳酸菌作为发酵剂，并将其与富含谷氨酸的底物结合，已成为开发GABA富集功能性酸奶的有效策略。

GABA富集也在各种发酵食品中得到研究，证明了微生物发酵在提升发酵产品功能价值方面的潜力。例如，通过优化发酵条件和发酵剂，已经生产出了富含GABA的酱油，从而增加了GABA的含量并改善了感官接受度（Yee等人，2024）。同样，也研究了使用Tetragenococcus halophilus作为潜在发酵剂生产含GABA的泡菜的可行性，对其GABA生产和感官特性进行了评估（AB Jabar等人，2025）。这些研究表明，定向微生物发酵可以用来调节发酵食品中的GABA水平，为开发GABA富集的功能性产品提供了有前景的策略。

扁豆是一种全球广泛种植的可食用豆类，包括中国、印度、加拿大和美国（Das等人，2023）。扁豆富含蛋白质、膳食纤维、多酚和矿物质。它们含有具有抗氧化特性的生物活性化合物，其内源性的谷氨酸可作为GABA生物合成的前体。将扁豆纳入酸奶配方中，可以利用其作为植物基底物，在发酵过程中促进功能化合物的生物转化。

基于以上考虑，本研究选择了具有高GABA生成能力的实验室筛选菌株Lacticaseibacillus casei EDH4-15，并将其与商业发酵剂结合，使用扁豆和牛奶作为底物来生产扁豆酸奶。与以往依赖外源谷氨酸或味精补充来增强GABA生成的研究不同，本研究利用扁豆这种天然的富含谷氨酸的底物，并研究了其与Lacticaseibacillus casei EDH4-15的潜在协同效应。此外，GC–IMS和广谱代谢组学的结合使得能够同时分析挥发性和非挥发性代谢物，从而更全面地了解酸奶发酵过程中的风味形成和代谢变化。据我们所知，系统探讨扁豆基酸奶系统中GABA富集、风味发展与代谢途径之间关系的研究较少。因此，本研究评估了扁豆酸奶的物理化学性质、质地、颜色、微观结构和感官评价，并对其挥发性和非挥发性代谢物进行了分析，以期为功能性发酵乳制品的开发提供理论支持。

章节摘录

化学物质和试剂

Lacticaseibacillus casei EDH4-15（CGMCC编号34896）是从中国内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗的传统发酵黄米糕中分离得到的，使用水、黄米和糯米作为培养基。酸奶发酵剂To-Mix883含有Streptococcus thermophilus和Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus，购自Danisco（中国上海）。主要试剂包括脱脂奶粉（BD，美国）和MRS肉汤（青岛海博生物技术有限公司）。

物理化学性质

五个实验组的物理化学性质见图1。在pH值、可滴定酸度、持水能力和GABA含量方面观察到了显著差异。PYS组的持水能力达到了64.63%，而在乳酸菌数量、可滴定酸度或GABA含量方面没有显著差异（p > 0.05）。添加扁豆（FYX和FX组）显著增加了乳酸……

讨论

本研究使用扁豆和牛奶作为底物，与Lacticaseibacillus casei EDH4-15及商业发酵剂进行共发酵，制备了扁豆酸奶。通过分析物理化学性质、质地、扫描电子显微镜观察、GC-IMS和广谱代谢组学来评估扁豆和益生菌添加对酸奶系统的影响。

结论

本研究探讨了与Lacticaseibacillus casei EDH4-15共发酵的扁豆酸奶的物理化学性质、挥发性风味化合物及其代谢形成机制。结果表明，Lacticaseibacillus casei EDH4-15有助于维持酸奶的凝胶结构并显著促进了GABA的积累。风味分析表明，扁豆和Lacticaseibacillus casei EDH4-15的协同作用显著丰富了关键挥发性化合物……

作者贡献声明

张越：验证、软件、数据分析。张霞：方法学、研究、数据管理。胡静怡：资源协调、项目管理、数据管理。孟宇：可视化、概念设计。刘臻：软件、项目管理。江伟娇：研究、资金获取。朱宁：写作——审稿与编辑、项目管理、资金获取。郭帅：写作——审稿与编辑、监督。

伦理声明

所有参与者或其法定代表均已签署知情同意书，同意参与研究并发表文章。参与者的隐私权得到了保护。

本研究遵循所在地区的相关法律、法规和指南进行。本研究符合RHB 104-2020《发酵乳感官评价指南》的要求，无需伦理委员会的批准。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中央地方科技指导和技术研发基金（2024FDR05071）、宁夏回族自治区重点研发计划（2021BEF02022）以及中央地方科技指导基金（2026FRF05008）的支持。

张霞|张越|孟宇|胡静怡|江伟娇|刘臻|郭帅|朱宁中国宁夏回族自治区银川市宁夏大学食品科学与工程学院，750021