黑果腺肋花楸(Aronia melanocarpa)果汁发酵及90 d贮藏期间代谢物与风味动态变化

《Foods》：Metabolic and Flavor Dynamic Changes in Aronia melanocarpa Juice During Fermentation and 90-Day Storage

　　

本研究评价了黑果腺肋花楸(Aronia melanocarpa)糖浆在发酵阶段及后续90 d保存期内代谢指纹、感官特性及功能成分的时序变化。研究结果表明，微生物转化显著提高了样品中总多酚(total phenolic content, TPC)、总黄酮(total flavonoid content, TFC)含量及DPPH自由基清除能力，且该活性在90 d贮藏期内保持稳定。非靶向代谢组学(non-targeted metabolomics)筛查共鉴定出1918个化学特征信号，其中苯丙素类(phenylpropanoids)、脂肪酸(fatty acids)及萜烯类(terpenes)为主要组分。共鉴定出1591种差异代谢物，在黄酮合成及丙酮酸代谢(pyruvate catabolic)通路中呈现显著富集。此外，鉴定出355种挥发性物质，醛类和酯类是提供蜜香及花香的关键风味成分。酿造与陈化的协同作用提升了黑果腺肋花楸糖浆的营养与感官品质，为开发优质发酵产品提供了理论依据。

黑果腺肋花楸果汁发酵及90天贮藏期间代谢与风味动态变化的论文解读

黑果腺肋花楸（Aronia melanocarpa，又称黑果腺肋花楸或黑 chokeberry）属于蔷薇科落叶灌木，果实富含酚酸、花青素、黄酮类及原花青素，被誉为"花青素冠军"，但因原生高单宁导致的强涩味与苦味限制了其直接食用。乳酸菌（Lactobacillus spp.）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）发酵已被证实可提升果汁多酚含量并改善风味，然而现有研究多聚焦于发酵前后的静态比较，忽视了发酵后产品在长期贮藏（aging/storage）过程中营养因子与香气特征的动态演变规律。果蔬汁在贮存期会发生持续的代谢物重排，而关于黑果腺肋花楸果汁经发酵后于90 d延长贮藏期内多酚降解、抗氧化能力及香气演化的动态过程研究尚较匮乏。因此，研究人员开展本研究，采用酵母与植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）顺序发酵黑果腺肋花楸果汁，并于4 ℃冷藏贮藏90 d，系统解析发酵及贮藏全过程的非挥发性与挥发性代谢物变化及二者与风味演化的内在关联，为发酵浆果饮料的品质保持与高值化应用提供理论与实验依据。本文发表于《Foods》。

研究人员以采自中国辽宁大连的黑果腺肋花楆果实榨汁、灭酶杀菌后，设立未发酵原汁组（AJ）与顺序发酵组（先接种Saccharomyces cerevisiae 71B，再接种Lactobacillus plantarum WXD123获得发酵汁FAJ），发酵完毕分装后于4 ℃避光贮藏0、15、30、45、60、75、90 d（分别记为FAJ-0至FAJ-90）。采用福林-酚法测定总多酚（TPC）、硝酸铝比色法测定总黄酮（TFC）、DPPH法测定抗氧化活性；采用UPLC-MS/MS进行非靶向代谢组学（non-targeted metabolomics）分析（正/负离子模式，Orbitrap质谱，代谢物注释参照BiotreeDB及BT-Plant数据库，多元统计分析含PCA、OPLS-DA及KEGG通路富集）；采用HS-SPME-GC-MS进行挥发性物质检测（DB-Wax柱，NIST库检索），结合相对气味活度值（relative odor activity value, ROAV）评估嗅感贡献；所有数据以生物学重复进行统计学处理。

3.1. Changes in Total Flavonoids, Total Phenolics, and DPPH Radical Scavenging Activity

研究人员发现，发酵使TPC与TFC显著升高（TFC由AJ组的1169.49 μg RE/mL升至FAJ-0的1407.23 μg RE/mL），贮藏前期因轻微氧化或酚-蛋白络合短暂略降，随后持续回升并维持高于AJ的水平，至第90 d达1531.80 μg RE/mL；DPPH自由基清除率在FAJ-0时达98.89%，整个贮藏期波动较小且始终高于94%，显著高于未发酵对照组。表明发酵是提升黑果腺肋花楸果汁活性成分及抗氧化力的主因，且90 d冷藏期内营养功效基本稳定。

3.2. Untargeted Metabolomics

UPLC-MS/MS在AJ、FAJ-0及FAJ-90三组样品中共鉴定出1918种独特代谢物（正离子971种、负离子947种），以苯丙素类（36.60%）、脂质（18.82%）和萜类（18.72%）为主。PCA得分图显示三组样本各自紧密聚集且组间明显分离，证明发酵显著重塑了代谢谱。

3.3. Differential Metabolite Analysis

以VIP > 1且p < 0.05为阈值，AJ vs. FAJ-0、AJ vs. FAJ-90、FAJ-0 vs. FAJ-90分别筛选出1108、1380及1266种差异代谢物，合计1591种共有差异代谢物。K-means聚类显示发酵与贮藏共同驱动代谢重排。关键变化包括：α-亚麻酸（alpha-Linolenic acid）持续下降，9,10,18-三羟基硬脂酸逐渐积累，推测受Lactobacillus plantarum脂肪酸水合酶（FA-HY1）介导；黄酮苷单体减少，芸香苷（Rutin）、槲皮素-3-龙胆二糖苷（Quercetin 3-gentiobioside）等双糖/多糖黄酮苷增加，提示发生微生物O-糖基化修饰从而提升溶解性与稳定性；色氨酸等芳香氨基酸被消耗生成N-乳酰基苯丙氨酸（N-Lactoylphenylalanine）及N-乙酰基苯丙氨酸（N-Acetylphenylalanine）；苹果酸因苹果酸-乳酸发酵（malolactic fermentation）被消耗，支链氨基酸降解产生2-羟基-3-甲基丁酸等有机酸。KEGG富集显示差异代谢物显著富集于黄酮及黄酮醇生物合成、丙酮酸代谢（pyruvate metabolism）、丁酸代谢（butanoate metabolism）及脂肪酸生物合成通路。

3.4. Differential Analysis of Volatile Compounds

HS-SPME-GC-MS共检出533种挥发性组分，确认355种归入15类，以醇类为主，其次为酯和羧酸。ROAV结合PCA显示三组挥发性轮廓显著分离。发酵及贮藏使带来青草/泥土气味的1-己醇、(Z)-2-戊烯-1-醇及带来尖锐人工味的苯甲酸甲酯等降低；高级醇（2-甲基-1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇等）及酯类（乙酸乙酯、丙酸-3-甲基丁酯、丁酸乙酯、己酸乙酯等）逐步累积，赋予果香与花香；羧酸（乙酸、己酸、戊酸）先升后微降为酯化提供底物。KEGG显示挥发性差异代谢物富集于单萜类生物合成、糖酵解/糖异生（glycolysis/gluconeogenesis）、丙酮酸代谢、丁酸代谢及脂肪酸合成通路，构建了复合风味生物合成网络。

讨论与结论翻译

本研究阐明了黑果腺肋花楸果汁在3个月货架期内的功能成分与香气化合物时序变化。经酿酒酵母与植物乳杆菌顺序发酵并结合灭菌处理后，制品显示出显著增强的自由基清除能力与改良的感官属性，这主要归因于酚类物质合成及丙酮酸转化通路的变化，以及脂质水解与黄酮修饰等生物过程。结果为益生菌浆果饮料的工业化生产及品质保藏提供了概念性框架。

局限与展望：本研究未通过酶活实验验证关键酶活性；酵母与乳酸菌共发酵未能区分各菌株独立代谢产物；仅考察4 ℃、90 d单一条件而未系统评估pH、温度及氧应力影响；实验室规模结果尚需中试放大验证。未来拟结合蛋白质组学或酶动力学分析深化机制解析。