利用西瓜果肉与瓜皮强化康普茶（Kombucha）发酵的功能特性研究

《Journal of Ethnic Foods》：Functional enhancement of kombucha fermentation through the utilization of watermelon flesh and rind

　　

康普茶（Kombucha）是一种通过细菌与酵母共生培养物（Symbiotic Culture of Bacteria and Yeasts, SCOBY）代谢相互作用酿制的发酵茶饮。本研究探讨了二次发酵期间添加西瓜（Citrullus lanatus）果肉（flesh）或瓜皮（rind）对康普茶微生物学、理化及抗氧化特性的影响，重点将瓜皮作为未被充分利用的资源加以利用。一次发酵进行10 d，随后分别添加西瓜果肉或瓜皮进行5 d二次发酵。添加果肉的康普茶在二次发酵期间表现出酵母增殖增强；而添加瓜皮的康普茶维持了较高的抗氧化活性（＞89% DPPH自由基清除率）及相对稳定的多酚含量。两种处理在发酵过程中可溶性固形物与pH均下降。微生物群落分析显示SCOBY菌群主要由醋酸菌（Acetic Acid Bacteria, AAB）及发酵酵母组成，尤以Komagataeibacter属、Zygosaccharomyces属及Starmerella属为主。结果表明西瓜瓜皮可作为功能性低糖果胶发酵基质，在支持稳定微生物发酵的同时保留抗氧化特性。本研究凸显了利用西瓜瓜皮开发增值型可持续发酵饮品及其在民族饮食文化中的应用潜力。

论文解读：利用西瓜果肉与瓜皮强化康普茶（Kombucha）发酵的功能特性研究

一、研究背景与意义

康普茶（Kombucha）是由细菌与酵母共生培养物（Symbiotic Culture of Bacteria and Yeasts, SCOBY）于加糖茶汤中发酵制成的功能性饮品，其典型微生物互作包括酵母水解蔗糖产乙醇、醋酸菌（Acetic Acid Bacteria, AAB）氧化乙醇为乙酸及葡萄糖酸等有机酸。目前已有研究利用水果基质进行二次发酵以改善感官与功能特性。西瓜（Citrullus lanatus）果肉富含可发酵糖与类胡萝卜素，而瓜皮（rind）则含有丰富的膳食纤维、酚类化合物、矿物质及瓜氨酸（citrulline），但瓜皮通常在加工消费中被废弃，造成农业食品废弃物。尽管瓜皮已在焙烤与益生菌食品中有所应用，其在发酵饮品中的利用仍较有限。东亚传统医籍如?《本草纲目》、?《东医宝鉴》等已有将西瓜皮（"Seogwapi"）用于清热解渴及发酵的相关记载。现有研究多聚焦于单一水果基质，缺乏果肉与瓜皮在康普茶二次发酵中对微生物及功能特性差异的比较评价。因此，研究人员开展本研究，比较西瓜果肉与瓜皮作为二次发酵基质对康普茶微生物动态、理化指标及抗氧化特性的影响，以评估瓜皮作为低糖功能性发酵基质的可行性，为废弃资源高值化利用及民族特色功能性饮品开发提供科学依据。本文发表于《Journal of Ethnic Foods》。

二、主要关键技术方法

研究人员采用来自韩国SY F&B的SCOBY为接种物，以英式早餐红茶加65 g/L蔗糖进行一次发酵（26±2 ℃，10 d，好氧）。取韩国阴城产西瓜，分别匀浆过滤获取果肉汁与瓜皮汁，按50 g/500 mL加入一次发酵后康普茶中，密封于27 ℃进行5 d二次发酵（分别为Flesh组与Rind组）。活菌计数采用系列稀释涂布法：酵母用马铃薯葡萄糖琼脂（Potato Dextrose Agar, PDA），AAB用Acetobacter选择性培养基，乳酸菌（Lactic Acid Bacteria, LAB）用MRS琼脂。DPPH自由基清除率以Blois法微孔板测定（517 nm），总多酚含量（Total Polyphenol Content, TPC）采用Folin–Ciocalteu比色法（725 nm，鞣酸标曲），可溶性固形物以手持折光仪测°Brix，pH以校准袖珍pH计测定。SCOBY菌群采用16S rRNA（V3–V4区，引物341F/805R）及真菌ITS2区（引物ITS3/ITS4）扩增子测序（Illumina NextSeq 2000），QIIME2(DADA2)分析，SILVA v138数据库注释。统计学采用单因素方差分析与Tukey多重比较（p＜0.05为显著）。

三、研究结果

微生物种群动态（Microbial population dynamics during secondary fermentation of watermelon flesh- and rind-added kombucha）

一次发酵中酵母由4.38 log CFU/mL略降后升至5.58 log CFU/mL，AAB由2.20降至1.74后升至4.52 log CFU/mL，符合典型康普茶演替规律。二次发酵中，果肉组酵母持续增殖（day 10: 5.02 → day 15: 6.24 log CFU/mL），归因于果肉高可发酵糖；瓜皮组酵母先升至day 13的5.98 log CFU/mL后略降至day 15的5.56 log CFU/mL，反映瓜皮较低游离糖及含瓜氨酸/矿物质的差异影响。两组AAB均在3–4 log CFU/mL波动，未因基质添加显著改变；本条件下未检出LAB，与酸性环境及酵母-AAB优势抑制相符。

DPPH自由基清除活性（DPPH radical-scavenging activity）

一次发酵全程DPPH清除率88.26%～91.39%，无显著差异。二次发酵果肉组day 13短暂升至94.01%后day 15降至89.98%；瓜皮组全程维持稳定高抗氧化活性（＞89%），终末两组无显著差异。表明两者均支持抗氧化活性维持，瓜皮组稳定性可能与底物成分、多酚稳定性及微生物代谢相关。微生物转化底物大分子为低分子量酚酸、寡糖及特征有机酸共同贡献了自由基清除能力。

总多酚含量（Total polyphenol content）

一次发酵TPC由初值1.22±0.05 mg/mL降至day 10的0.94±0.02 mg/mL（p＜0.05）。二次发酵果肉组由day 10的0.82±0.02降至day 15的0.73±0.01 mg/mL，瓜皮组则保持相对稳定无显著变化；终末瓜皮组TPC高于果肉组。说明果肉中类胡萝卜素（如番茄红素）易氧化降解，而瓜皮酚类相对更稳定。尽管TPC下降，DPPH活性未降甚或略升，提示抗氧化能力不完全依赖总多酚绝对量，微生物源有机酸（葡萄糖酸、葡糖醛酸、乙酸）及生物转化产物亦具贡献。

可溶性固形物（°Brix）（Soluble solids (°Brix)）

一次发酵°Brix由9.73±0.06降至8.23±0.06（p＜0.05）。二次发酵果肉组由8.70±0.00降至day 15的8.07±0.06，瓜皮组由7.43±0.06降至6.77±0.06（均p＜0.05），表明微生物持续利用两基质中可发酵糖。瓜皮组整体°Brix较低，具备开发低糖功能性饮品的潜力。

pH变化（pH changes）

一次发酵pH由3.16±0.02降至day 10的2.21±0.01（p＜0.05）。二次发酵果肉组pH由2.78±0.01降至day 15的2.61±0.02（day 13有轻微回升），瓜皮组由3.02±0.01显著降至2.54±0.02，酸化更明显。有机酸积累源于酵母产乙醇被Acetobacter与Komagataeibacter氧化为乙酸及Gluconobacter直接氧化糖为葡萄糖酸等。瓜皮中酚酸可能间接影响微生物产酸活性。

SCOBY内微生物相对丰度（Relative abundance of microorganisms within the SCOBY）

细菌群落＞90%隶属于醋酸菌科（Acetobacteraceae, Alphaproteobacteria），以Komagataeibacter属为绝对优势属（产纤维素醋酸菌），Gluconobacter少量；另有低丰度Proteobacteria/Firmicutes/Bacteroidetes/Actinobacteria及微量Lactobacillus。真菌群落以子囊菌门酵母为主，Zygosaccharomyces属与Starmerella属共优，低丰度检出Cladosporium、Aspergillus、Sarocladium。Zygosaccharomyces耐酸耐渗负责乙醇产生，Starmerella与前者共存关联风味挥发物生成，二者为Komagataeibacter提供氧化底物，协同完成碳水化合物代谢、乙醇氧化、有机酸生成及纤维素膜（pellicle）形成。

四、讨论与结论总结（翻译Conclusion部分）

西瓜果肉与瓜皮在二次发酵中作为组成迥异的底物引发了不同的微生物学与理化响应。添加果肉的康普茶因其较高可发酵糖含量促进了更显著的酵母增殖，而添加瓜皮的康普茶维持了高抗氧化活性与较稳定的多酚水平，同时伴随可溶性固形物与pH的持续降低。这些发现表明底物组成可影响发酵过程中的微生物代谢及发酵关联功能特性。本研究所用SCOBY菌群以醋酸菌与发酵酵母为主导，特别是Komagataeibacter属、Zygosaccharomyces属及Starmerella属，支持了典型的糖利用、乙醇氧化、有机酸生成及纤维素膜形成相关的微生物互作。综上，微生物学与理化结果表明西瓜果肉适用于促进活跃发酵，而西瓜瓜皮可作为低糖功能性发酵基质，在可持续饮品生产中具潜在适用性。本研究佐证了将通常被废弃的西瓜瓜皮进行高值化利用的价值，并为开发可持续、功能强化的康普茶饮品提供了科学依据。未来结合感官评价及靶向代谢组学分析可进一步拓展西瓜瓜皮基康普茶在功能性与面向消费者发酵体系中的应用。