水克菲尔发酵粒对苹果汁的生物转化：风味复杂性与促健康功能的协同增强

《Food Research International》：Biotransformation of apple juice by water kefir grains: A synergistic enhancement of flavor complexity and health-promoting functions

　　

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  使用 WKG 发酵苹果汁提高了果酯含量和香气复杂性。
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  WK-A 干预减轻了高脂饮食诱导的肥胖和肝脂肪变性。
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  水开菲尔恢复脂质谱并降低肝损伤生物标志物 (ALT/AST)。
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  Acetatifactor 和 Dubosiella 与结肠短链脂肪酸 (SCFAs) 升高有关。
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  WK-A 调节肠道菌群并改善代谢稳态。

引言

发酵食品因其独特的感官属性和潜在的健康益处而日益受到认可。其中，开菲尔是一种传统发酵产品，通过嵌入在称为开菲尔粒的稳定共生基质中的乳酸菌、酵母和醋酸菌之间的代谢相互作用产生 (Wang, Xu, et al., 2025)。根据发酵底物的不同，开菲尔可分为牛奶开菲尔 (MK) 和水开菲尔 (WK) (Guzel-Seydim et al., 2021)。MK 已被广泛研究，其特征为乳酸、果香和酵母香气 (Kara?ali et al., 2018)，以及公认的功能特性，包括抗氧化活性、肠道菌群调节及其他健康促进效果 (de Souza et al., 2024; Leite et al., 2013; Pereira et al., 2023)。相比之下，WK 是一种非乳制品、微酒精、微酸性且天然碳酸饮料，符合素食者和乳糖不耐受消费者的偏好 (Alves et al., 2021; Cufaoglu & Erdinc, 2023)。除了其感官特性外，越来越多的证据表明，WK 可能通过调节肠道稳态和肠道菌群组成发挥有益生理作用。近期研究表明，水开菲尔菌群可以通过调节炎症反应、恢复肠道屏障完整性和改善微生物失调来缓解葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎 (Ye et al., 2023)。此外，据报道 WK 可以调节 Toll 样受体介导的肠道免疫反应，并在体内减轻炎症组织损伤 (Maidana et al., 2024)。这些发现突显了 WK 作为一种功能性发酵饮料的日益重要性，其具有潜在的菌群和代谢相关健康益处。然而，与 MK 相比，将风味形成、肠道菌群调节和 WK 生理效应相结合的综合研究仍然有限。

发酵底物在塑造 WK 的感官和功能特性方面起着关键作用。各种水果、蔬菜和谷物——如柑橘、荔枝、南瓜、火麻籽和大豆——已被成功用于生产 WK，每种都贡献了独特的风味轮廓和生物活性特性 (Chen et al., 2025; Corona et al., 2016; Güzel-Seydim et al., 2023; Koh et al., 2018; Li et al., 2023; Lim et al., 2019)。在这些底物中，苹果特别具有吸引力，因为它们富含维生素、多酚和可发酵糖，为微生物代谢和风味活性及生物活性化合物的形成提供了有利的基质。与富含蔗糖的红糖基底物相比，苹果汁天然含有可发酵的单糖、有机酸和香气前体，这可能影响发酵过程中的微生物代谢和挥发性化合物的形成。除了其功能潜力外，基于苹果的发酵已被证明可以增强酯类、醇类和其他挥发性化合物的产生，产生宜人的果香，同时改善抗氧化和脂质相关代谢反应 (Dikmetas et al., 2025; Papadopoulou et al., 2025)。此外，苹果的广泛可用性进一步支持了其作为功能性饮料开发可持续底物的潜力。

尽管 WK 日益流行，但将其风味特性与体内生理效应相结合的研究仍然稀缺。先前的研究主要关注微生物组成，而挥发性有机化合物 (VOCs) 的动态演变和健康促进潜力较少被研究。为了填补这一空白，本研究评估了基于苹果的水开菲尔的风味轮廓和代谢调节作用。通过追踪发酵期间 VOCs 的变化并评估高脂饮食小鼠模型中的生理反应，这项工作提供了水开菲尔发酵对感官质量和代谢调节双重贡献的综合视图，突显了既具有理想风味又具有生理功能性的非乳制品发酵饮料的潜力。

章节片段

试剂和材料

水开菲尔粒 (WKG) 购自湛江菲哥食品有限公司。收到后，颗粒在实验室中通过在灭菌红糖溶液 (60 g/L) 中进行传代培养，在 25 °C 静置条件下保存直至使用。在发酵实验之前，颗粒按照以下描述进行激活。红糖由佛山南海佳润食品饮料有限公司供应，富士苹果购自当地市场。焦亚硫酸钾和

水开菲尔发酵期间理化性质的变化

每隔 8 小时采集 CK-A、WK-A、CK-B 和 WK-B 的样品以监测 pH 值和可溶性固形物 (SSC)。如图 S1A 所示，初始 pH 值强烈依赖于底物。基于苹果的组 (CK-A 和 WK-A) 显示比红糖组 (CK-B 和 WK-B) 更低的初始 pH 值 (3.75–4.00)，这可能是由于固有存在苹果酸等有机酸所致。在整个发酵过程中，基于苹果的样品 pH 值变化相对较小，保持在 3.50 和 4.00 之间。

结论

在本研究中，通过使用 WKG 对苹果汁进行生物转化，成功开发了一种微酒精发酵饮料。所得产品表现出增强的风味复杂性以及有利的代谢调节潜力。感官和化学分析表明，发酵促进了关键果香和花香酯类的形成，主要与支链氨基酸代谢有关，从而有助于形成更复杂的香气轮廓。在体内，

CRediT 作者贡献声明

Yuxiang Zhang：撰写 – 初稿，可视化，验证，调查，资金获取，形式化分析，数据整理。Mi Duan：调查，形式化分析，数据整理。Chi Zhang：方法论，调查。Lixiang Zhang：可视化，软件。Xin Wang：调查。Qinglin Sheng：调查。Yahong Yuan：调查。Jianping Wei：撰写 – 审阅与编辑，可视化，监督，项目管理，资金获取，概念化。Tianli Yue：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能影响本论文中报告的工作。

致谢

本工作得到 中国国家自然科学基金 (32001673)、陕西省重点研发计划 (2023-YBNY-197) 和 陕西省西安市科技计划 (24NYGG0114) 的支持。

Yuxiang Zhang|Mi Duan|Chi Zhang|Lixiang Zhang|Xin Wang|Qinglin Sheng|Yahong Yuan|Jianping Wei|Tianli Yue