不同类型乳酸菌发酵对蓝莓桑葚原浆营养品质及风味影响的研究报告
一、 研究基本信息
本研究由来自浙江农林大学食品与健康学院的丁明可，以及浙江省农业科学院食品科学研究所（同时隶属于全省生鲜食品智慧物流与加工重点实验室、农业农村部果品采后处理重点实验室、中国轻工业果蔬保鲜与加工重点实验室）的陈慧芝、吴伟杰、牛犇、房祥军、陈杭君、刘瑞玲（通讯作者）和郜海燕（通讯作者）共同完成。该研究发表于《核农学报》（journal of nuclear agricultural sciences）2025年第39卷第2期（页码：0297-0306）。该研究属于食品科学与工程、农产品加工及贮藏工程领域，具体聚焦于果蔬汁的益生菌发酵技术及其对产品品质的调控。
二、 研究背景与目的
蓝莓和桑葚均为富含花色苷、多酚等功能性成分的营养浆果，但二者均存在采后易腐、货架期短的问题。加工是延长其保质期、提升附加值的重要途径。乳酸菌发酵作为一种生物加工技术，不仅能延长产品货架期，还能通过微生物代谢改善果蔬汁的风味、提升营养价值（如释放更多活性物质、增强抗氧化能力）并赋予其益生功能，因此发酵果蔬制品日益受到关注。
尽管已有研究探索了单一乳酸菌对单一浆果（如沙棘、桑葚）的发酵效果，但对于蓝莓与桑葚这两种高营养价值浆果的复合原浆进行乳酸菌发酵的研究尚属鲜见。将两者复配发酵，有望实现营养与风味的协同增效。然而，不同乳酸菌菌株的代谢特性各异，对同一基质的发酵效果可能存在显著差异。因此，系统比较不同乳酸菌对蓝莓桑葚复合原浆发酵品质的影响，对于筛选最优发酵剂、开发高品质发酵产品至关重要。
基于此，本研究旨在探究三种常见乳酸菌——保加利亚乳杆菌（lactobacillus bulgaricus, lb）、干酪乳杆菌（lactobacillus casei, lc）和植物乳杆菌（lactobacillus plantarum, lp）——对蓝莓桑葚原浆发酵后营养品质、抗氧化活性及风味特征的影响。通过综合比较，筛选出最适合该复合浆果原浆发酵的菌株，以期为开发具有高营养价值和良好风味的益生元蓝莓桑葚发酵产品提供理论依据和技术参考。
三、 研究详细流程与方法
本研究是一个系统的实验室对比研究，流程清晰，主要包含以下几个关键步骤：
1. 材料准备与发酵处理： * 原料处理： 选取无损伤蓝莓鲜果和桑葚冻果，清洗后按蓝莓:桑葚:水=5:3:80（质量比）的比例混合打浆。向果浆中添加0.1%果胶酶，于50℃酶解1小时以促进出汁和澄清，随后用120目纱布过滤，得到蓝莓桑葚原浆。原浆经85℃、10分钟巴氏杀菌后冷却至4℃备用。 * 菌种活化与接种发酵： 将保加利亚乳杆菌（lb）、干酪乳杆菌（lc）和植物乳杆菌（lp）的冻干粉在灭菌的mrs肉汤培养基中于37℃活化24小时。将活化后的菌液浓度调整至10^8 cfu/ml，然后以6% (v/v)的接种量分别接种到100 ml灭菌后的蓝莓桑葚原浆中。以不接种任何菌种的原料原浆作为对照组（ck）。所有接种样品置于36℃恒温培养箱中发酵24小时。发酵结束后，样品在4℃、3000 r/min条件下离心10分钟，取上清液用于后续各项指标测定。
2. 营养品质与抗氧化活性分析： 此部分旨在量化发酵对原浆基本营养成分和健康相关活性物质的影响。研究采用了多种标准化的化学和生化分析方法： * 基础理化指标： 使用试剂盒测定乳酸含量；使用手持糖度计测定可溶性固形物（total soluble solids, tss）含量；参照国标gb 12456-2021采用酸碱滴定法测定总酸（total acids, ta）含量，结果以乳酸当量表示。 * 功能成分测定： 使用试剂盒测定以葡萄糖计的总糖含量；采用福林酚（folin-ciocalteu）法测定总酚含量，以没食子酸为标准品；采用ph示差法测定总花色苷含量，以矢车菊-3-葡萄糖苷为标准品进行计算。 * 抗氧化能力评估： 使用总抗氧化能力（t-aoc）测试盒进行测定；采用dpph（1,1-二苯基-2-三硝基苯肼）自由基清除实验评估样品的自由基清除能力，通过测定517 nm处吸光度的变化计算清除率。
3. 风味特征分析： 此部分结合了感官仪器分析和化学成分分析，从整体气味轮廓和具体挥发性物质两个层面评价风味变化。 * 电子鼻（electronic nose）分析： 采用fox 3000型电子鼻对样品的气味指纹进行快速采集和分析。设定采集时间为120秒，进样量2.5 ml，孵化温度35℃。通过主成分分析（pca）对采集的传感器响应信号进行处理，以可视化方式区分不同发酵样品间的整体气味差异。 * 顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry, hs-spme-gc-ms）分析： 这是一种用于分析复杂样品中挥发性风味物质的经典方法。取5 ml样品于顶空瓶中，使用55/30 μm divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane (dcb/car/pdms)萃取头在65℃下顶空吸附30分钟。随后将萃取头插入gc-ms进样口进行热解吸。色谱条件为：db-5ms毛细管柱，程序升温。质谱条件为：电子电离（ei）源，扫描范围m/z 25-450。通过比对质谱库（nist）对化合物进行定性，并采用面积归一化法计算各挥发性成分的相对含量。
4. 数据处理： 所有实验均至少重复3次，数据以“平均值±标准差”表示。采用spss 20.0软件进行单因素方差分析（anova）和邓肯氏（duncan）多重比较检验，以判断不同处理组间差异的显著性（p<0.05）。使用graphpad 8.0和excel 2010软件进行图表绘制。
四、 主要研究结果
1. 营养品质与抗氧化活性的显著变化： 发酵显著改变了蓝莓桑葚原浆的理化性质和营养成分。 * 产酸与糖消耗： 三种乳酸菌均能有效发酵原浆，产生乳酸，使总酸（ta）含量显著升高（p<0.05），同时消耗可溶性糖，导致可溶性固形物（tss）含量下降。其中，植物乳杆菌（lp）发酵组表现最为突出，其乳酸含量（22.74 mmol/l）和总酸含量（1.52 g/l）均为最高，同时总糖含量（789.59 mg/l）最低，表明lp对基质的糖利用效率最高，产酸能力最强。 * 功能成分与抗氧化能力的提升： 发酵过程促进了活性物质的释放或转化。与未发酵对照组相比，三个发酵组的总酚和总花色苷含量均有不同程度升高。lp发酵组在这两项指标上均达到最高值，总酚含量为303.72 g/l，总花色苷含量高达6.04 g/l。与此对应，lp发酵组的总抗氧化能力（t-aoc）和dpph自由基清除率也显著高于其他两组和对照组（p<0.05）。这表明lp发酵不仅能更好地保留或增强浆果中的多酚类物质，还能显著提升产品的体外抗氧化活性。研究人员分析认为，这可能是由于植物乳杆菌在发酵过程中产生的酶（如酚酸酯酶）水解了结合态的多酚和花色苷，使其转化为游离态，提高了生物可利用度和抗氧化活性。
2. 整体气味特征的区分： 电子鼻的pca分析结果显示，主成分1和主成分2的累计贡献率达到91.40%，能有效区分不同样品。未发酵组（ck）与所有发酵组在pc1轴上距离较远，清晰表明发酵过程极大地改变了原浆的气味特征。更重要的是，lb、lc和lp三个发酵组在pca图中分布于不同区域，且彼此间有一定距离，这说明三种乳酸菌发酵产生了具有显著差异的整体气味轮廓。其中，lb组与其他组的差异尤为明显。
3. 挥发性风味物质组成的差异： gc-ms分析从所有样品中共鉴定出51种挥发性成分，包括醇、酸、醛、酮、酯等类别。不同菌种发酵产物的挥发性物质谱图存在明显差异： * 物质种类与数量： lc组检测到的挥发性成分种类最多（28种），lp组次之（19种），lb组最少（22种）。lc和lp组含有更多通常与良好风味相关的酯类、醇类和醛酮类物质。 * 特征风味物质分析： * 酸类： lb组的酸类物质相对含量最高（43.29%），且含有较多的甲酸、乙酸等具有刺激性气味的短链酸，这可能部分解释了其电子鼻气味轮廓的独特性。 * 醇类与酯类： lp组的醇类相对含量最高（39.09%）。lc组检测到具有玫瑰香、蜂蜜香的苯乙醇，而其他两组未检出或含量极低。 * 醛酮类： 醛酮类总相对含量以lp组最高（37.58%）。2-壬酮（呈果香与花香，是蓝莓特征香气成分之一）在lp组中含量较高，而在lb和lc组中含量很低或未检出，说明lp发酵更好地保留或产生了蓝莓的典型果香。此外，lc组含有r-柠檬烯，能赋予产品愉悦的柠檬香气。 * 综合来看，lc组挥发性物质种类最丰富，含有苯乙醇、r-柠檬烯等呈香物质；lp组则在保留蓝莓特征香气（2-壬酮）和产生清新醇类物质方面有优势；lb组的酸类物质占主导，可能对风味有不利影响。
五、 研究结论与价值
本研究通过系统的理化分析、抗氧化评价和风味物质检测，得出明确结论：植物乳杆菌（lactobacillus plantarum）是发酵蓝莓桑葚复合原浆的优良菌种。
其科学价值和应用意义体现在： 1. 菌种筛选与机制揭示： 研究不仅筛选出了最优菌株（lp），还初步揭示了其优势背后的可能机制：lp具有更强的糖代谢产酸能力，并能通过其酶系统更有效地释放或转化浆果中的多酚和花色苷，从而同步提升产品的酸度、功能成分含量和抗氧化活性。 2. 风味导向的品质评价： 研究将电子鼻的整体气味指纹分析与gc-ms的特定挥发性成分鉴定相结合，从宏观到微观全面解析了不同菌种发酵对风味的差异化影响。这为发酵果蔬汁的风味质量控制与定向调控提供了方法论参考。 3. 产品开发指导： 研究结果为开发一款兼具高营养价值（高活性成分、强抗氧化性）和良好风味（富含果香、花香）的益生元蓝莓桑葚发酵饮品提供了直接的理论和数据支持。lp发酵产品在营养和风味两个核心维度上均表现出综合优势，具有明确的产业化应用前景。
六、 研究亮点
七、 其他有价值内容
研究在讨论部分引用了大量相关文献，将本研究结果与前人关于单一浆果发酵或不同发酵体系的研究进行了对比和关联，增强了论证的深度和广度。例如，引用了关于植物乳杆菌发酵沙棘原浆、混合乳酸菌发酵桑葚汁等研究，以佐证乳酸菌发酵能提升抗氧化能力、释放酚类物质的普遍规律，同时也突出了本研究中复合浆果基质的特殊性。此外，作者在结论部分提出了后续研究方向，如通过感官评价和色泽测定进行更全面的产品评价，以及探索复合乳酸菌发酵的可能性，体现了研究的延续性和开放性思维。