通过基于Candida的生物保护策略降低Castelvetrano风格餐桌橄榄生产的能源需求

《Applied Food Research》：Reducing energy demand in Castelvetrano-style table olive production through Candida-based bioprotection approach

　　

Nocellara del Belice绿色餐桌橄榄传统Castelvetrano加工法依赖长时间冷藏，通常可达180 d，以确保微生物学稳定性并保持理想感官属性，因此导致显著能源消耗。本研究评估两株生物保护酵母——Candida boidinii LC1和Candida norvegica OC10——的应用，是否能够在不损害产品质量的前提下，将冷藏时间缩短50%。研究人员设置了9种实验条件，组合不同温度制度与接种策略。于180 d内持续监测微生物学、理化、挥发性和感官方面的参数。结果表明，冷藏仍然是抑制腐败微生物的主要屏障。然而，酵母接种显著降低了肠杆菌科（Enterobacteriaceae）、假单胞菌科（Pseudomonadaceae）和葡萄球菌科（Staphylococcaceae）种群数量，从而在测试条件下增强了微生物学稳定性。在冷藏处理或联合处理下，接种菌株在微生物群落中占据优势地位（>94%）。接种橄榄表现出更高的果肉硬度（最高达23.12 kg/cm²）、更强的绿色色泽以及更复杂的芳香谱，主要与酯类和芳香醇相关。感官评价显示，其甜味、脆度和总体接受度更高。重要的是，将冷藏期由180 d缩短至90 d，并未对接种组橄榄的质量造成不利影响。因此，定向应用C. boidinii LC1和C. norvegica OC10构成了一种有前景的生物保护策略，该策略可在测试条件下通过控制微生物增殖来支持微生物学稳定性，同时保持感官品质，并提示其在Castelvetrano工艺中具有降低能耗和环境影响的潜力。冷藏时间缩短意味着可能实现节能并减少CO₂排放。然而，这些估算基于简化模型方法，应视为指示性结果。总体而言，所提出策略符合清洁生产目标，并在基于模型的评估范围内，通过缩短冷藏持续时间及相关能源需求，为可持续发展目标12（SDG 12）作出贡献。

该论文发表于《Applied Food Research》，聚焦于Castelvetrano风格Nocellara del Belice青橄榄加工中高能耗冷藏环节的优化问题。传统Castelvetrano工艺以碱法快速脱苦为特征，在高pH和高盐环境下通常不发生发酵，因此产品贮藏稳定性主要依赖长达约6个月的冷藏维持。这种模式虽然能够较好地抑制腐败微生物并维持色泽与质构，但也带来了显著电力消耗及相关温室气体排放。与此同时，Nocellara del Belice品种采后易受微生物污染及品质劣变影响，生产者面临如何在不牺牲甜味、脆度、绿色外观和整体接受度的前提下降低冷链依赖的现实难题。因此，开发能够替代部分冷藏功能、但又不引发不期望发酵的微生物生物保护技术，具有明确的工艺学与可持续发展意义。

研究人员围绕两株已筛选的生物保护酵母Candida boidinii LC1和Candida norvegica OC10开展工业条件下验证，考察其在非发酵型Castelvetrano体系中的定植能力、微生物控制作用、对理化与感官品质的影响，以及将冷藏时间由180 d缩减至90 d的可行性。研究结果表明，温度仍是决定微生物稳定性的首要因素，持续冷藏对抑制污染和腐败最关键；但在冷藏或“常温90 d+冷藏90 d”的条件下，接种Candida可显著降低肠杆菌科、假单胞菌科和葡萄球菌科数量，并在群落中保持高优势度，从而改善微生物生态稳定性。与此同时，接种处理在色泽保持、果肉硬度、芳香复杂性和感官接受度方面均优于未接种对照。尤其重要的是，在接种前提下将冷藏期减半，并未削弱产品质量，说明生物保护酵母可作为冷藏的补充性技术，为降低加工能耗和环境负荷提供现实路径。

研究所采用的关键技术方法主要包括以下几类：首先，以2023年10月采自意大利Castelvetrano地区橄榄园的Nocellara del Belice果实为样本，在Geolive Belice S.r.l.工业化条件下建立9种处理体系，比较全程冷藏、全程常温及阶段性常温/冷藏条件下，接种与未接种样品的差异。其次，通过平板计数、选择性培养基监测和主成分分析（PCA，主成分分析）评估微生物动态；采用RFLP（限制性片段长度多态性）与RAPD-PCR（随机扩增多态性DNA聚合酶链式反应）鉴定并追踪接种酵母的优势度。再次，通过pH、盐度、温度、色差参数L^*/a^*/b^*/C^*/ΔE^*及硬度测定评价理化品质，并使用HS-SPME/GC-MS（顶空固相微萃取/气相色谱-质谱联用）分析挥发性有机化合物（VOCs）。最后，结合定量感官分析、凝聚层次聚类（AHC）以及简化能耗与Scope 2排放模型，综合评估品质与节能潜力。

在“3.1. Microbial population dynamics”部分，研究人员系统揭示了180 d贮藏期间不同处理的微生物演替规律。接种处理在起始时具有较高酵母数量，而未接种对照初始菌数较低。随贮藏推进，各类中温菌、乳酸菌和酵母总体上升，但当样品于90 d后由常温转入8 ± 1 °C冷藏时，部分微生物数量出现下降，表明降温可有效限制微生物增殖。更关键的是，未接种和常温处理更易累积肠杆菌科、假单胞菌科及葡萄球菌科，而接种处理可明显压制这些不良微生物，说明Candida接种对于维持微生物学稳定性具有辅助作用。PCA结果进一步证明，温度是区分各处理微生物生态差异的主导因子；冷藏条件与较低污染风险相关，而接种可使微生物组成更受控、更可预测。

在“3.2. Dominance of inoculated yeasts”部分，研究人员通过分离818株酵母并结合RFLP和RAPD-PCR分析，评估接种菌株在不同贮藏制度中的生态优势。结果显示，在全程冷藏与联合处理条件下，C. boidinii LC1和C. norvegica OC10的优势度均高于94%，显示出良好的定植能力和生态竞争力；而在全程常温条件下，其优势度明显下降。这一结果说明，低温环境不仅直接抑制杂菌，也有助于接种Candida稳定占据生态位，从而强化生物保护效果。

在“3.3. Salinity, temperature and pH”部分，研究人员发现不同处理间盐浓度整体差异不显著，表明盐度并非造成主要差别的核心变量。相比之下，温度和pH演变更具解释力。冷藏组维持8 ± 1 °C，而常温组随季节变化波动。所有处理均出现逐步酸化，但常温处理酸化更快、更明显。尽管pH下降可能对部分微生物形成抑制，但在该非发酵体系中，这种酸化幅度不足以独立保障安全，因而仍需冷藏及生物保护协同作用。

在“3.4. Colour and pulp firmness”部分，研究人员证实接种处理在外观和质构保持方面具有明显优势。综合色差参数，低温处理尤其是接种样品保留了更鲜明的绿色表现，联合处理下接种组同样能够维持较好的综合色泽与色彩饱和度。硬度测定显示，CN-8和CB-8样品果肉硬度最高，分别达23.12和22.86 kg/cm²；CB-AT/8和CN-AT/8亦保持较高硬度，而各未接种对照普遍较软。结果说明接种菌株有助于保护果肉组织完整性，其中C. norvegica OC10在不同贮藏制度下的改善作用尤为稳定。

在“3.5. Volatile organic compounds”部分，论文显示VOCs组成主要受温度制度驱动，酵母接种则对芳香代谢路径起调节作用。冷藏并接种的样品富集更多酯类和芳香醇，如isoamyl acetate、2-phenylethanol等，这些化合物通常与较清新、愉悦的香气相关。常温贮藏则更容易积累乙酸、丙酸、丁酸等挥发酸，以及与氧化相关的成分，提示其更容易产生不理想气味。联合处理呈现介于两者之间的特征，既保留了初期常温阶段形成的部分挥发性成分，又因后续冷藏抑制了挥发酸进一步累积。总体而言，接种有助于将芳香谱朝更稳定、品质更优的方向调整。

在“3.6. Sensory assessment”部分，由于常温组在微生物选择性培养基上出现提示性风险信号，研究人员出于谨慎未对其进行感官评价，因此感官结果仅基于冷藏组与联合组。结果表明，接种样品在颜色、橄榄气味、总体气味、甜味、脆度、硬度、总体风味及总体喜爱度等方面显著优于对照，同时“化学味”评分更低。CN-8在总体风味和总体喜爱度方面表现突出，CB-AT/8与CN-AT/8在综合色泽和质构上同样表现优良。尤其值得注意的是，冷藏期由180 d减少至90 d后，接种样品的感官品质并未下降，这直接支撑了缩短冷藏时长的工艺可行性。

在“3.7. Influence of storage conditions and inoculation on quality and aromatic-sensory profile”部分，AHC将样品划分为三个聚类。未接种冷藏对照单独成簇，表现为挥发物和感官属性整体较弱；冷藏接种组形成一类，其特征是更多酯类和酮类成分，并对应更好的甜味、辛感和总体风味；联合处理样品构成另一类，以芳香醇更丰富、橄榄气味和总体接受度更高为特征。该结果从整合层面说明，温度调控与酵母接种共同塑造了产品的芳香—感官轮廓，而联合处理可在减少冷藏时间的同时保持较高感官接受性。

在“3.8. Quantification of energy savings and CO₂-eq avoided by reducing refrigeration”部分，研究人员基于简化模型估算了冷藏从180 d缩短至90 d后可能带来的节能与减排效益。按单位体积估算，可节约7.40–17.26 kWh/m³电力，并减少约2.0–6.0 kg CO₂-eq/m³排放。以实验装置保守估算，可避免41.96–97.90 kWh用电和11.33–34.27 kg CO₂-eq排放；在工业尺度下，单批次节电量和减排量可能更加可观。论文同时强调，这些结果属于指示性估算，未纳入冷库热负荷、设备效率、制冷剂类型等厂级参数，因此应谨慎解读。

讨论部分指出，Candida生物保护策略在Castelvetrano这种非发酵体系中的价值，在于其并非通过乳酸发酵建立安全屏障，而是通过生态竞争、空间与营养位点占据以及对卤水微环境的间接影响，协助抑制机会性和腐败微生物。研究强调，冷藏仍不可被完全替代，酵母接种更适合作为补充性工具；尤其是在“常温90 d+冷藏90 d”的组合制度下，既能维持较高接种菌优势度与较好品质，又能降低冷藏需求，因而具备较强的工业应用前景。论文也明确了局限性，包括常温处理未进行病原确认分析、感官数据不平衡，以及能耗模型较为简化等。因此，未来仍需开展靶向安全验证、全生命周期评价及更广泛工业场景验证。

研究结论部分可译为：在Castelvetrano工艺中定向接种C. boidinii LC1和C. norvegica OC10，已被证明能够在冷藏及联合贮藏条件下有效支持产品质量并控制微生物增殖，同时还有助于潜在降低生产过程的环境影响。通过将冷藏期减半，所提出策略可能减少电力消耗及相关排放。然而，这些环境效益来源于指示性能耗估算，仍需通过更为详细的定量评估加以验证。尽管该方法在工业尺度上表现出技术可行性和经济吸引力，但微生物安全性尚未通过针对性病原鉴定得到确认。因此，未来研究应纳入确认性安全分析和全面生命周期评价，以稳健量化系统层面的影响，并探索与其他可持续技术的协同效应。总体而言，基于Candida的生物保护是一种有前景的策略，能够提升工艺性能并支持餐桌橄榄加工面向可持续性的优化。该方法已在真实工业加工条件下展现出放大应用潜力，可为改善产品品质和促进节能加工提供切实方案，但仍需在更多样化工业场景中进一步验证。