文章导读

沙棘是一种富含多种营养素和生物活性成分（多酚、类胡萝卜素、脂肪酸、植物甾醇等）的落叶灌木，具有抗氧化、抗炎、抗衰老等健康功能。然而，沙棘果肉原汁（SBP）酸度高、涩味重，导致感官品质差，不易被消费者接受。为了提高沙棘的消费价值，目前采用了一些加工方法，如加糖、与其他水果复配、热处理和高静压处理等。与物理方法和防腐剂相比，乳酸发酵被认为是最简单、最有价值的生物技术方法之一，可以维持和改善营养价值和感官品质。植物乳杆菌（L. plantarum）是一种常用于植物源发酵的乳酸菌，通过苹果酸乳酸发酵降低酸度。已有研究表明，植物乳杆菌能有效发酵沙棘汁，降低酸度、提高营养、改变代谢物谱并优化工艺条件。然而，关于植物乳杆菌发酵如何通过代谢变化驱动复杂风味形成的详细机制仍缺乏研究，特别是关键香气化合物、挥发性物质对沙棘气味的贡献以及感官和风味品质变化的物质基础尚未报道。因此，本研究采用挥发性代谢组学和非靶向代谢组学相结合的方法，系统研究乳酸发酵对沙棘汁组分和风味的影响，旨在揭示风味改善机制，为开发高品质沙棘产品提供指导。

02 分析与讨论

该表列出了沙棘原汁（SBP）和植物乳杆菌发酵汁（LPF）在颜色参数（L*、a*、b*）、pH、可滴定酸（TAC）、可溶性固形物（TSSC）、总多糖（TPSC）、总黄酮（TFC）、DPPH和ABTS自由基清除率等方面的测定结果。数据显示：发酵后L*和b*略有上升，a*从5.11升至5.98，颜色变得更红，总色差ΔE为1.01，为轻微色差；pH从3.22升至3.31；TAC从24.01 g/L显著降至15.79 g/L；TSSC从13.72%降至11.24%；TPSC从3.81 mg/g显著升至5.93 mg/g；TFC从2.67 mg/mL显著升至3.24 mg/mL；DPPH清除率从93.24%升至95.53%，ABTS清除率从85.13%升至90.38%，抗氧化能力增强。表中标记†表示差异显著（P<0.05）。这些结果表明植物乳杆菌发酵有效降低了酸度，增加了黄酮、多糖和抗氧化活性，改善了沙棘汁的营养品质。

该图系统展示了植物乳杆菌发酵对沙棘汁挥发性成分和香气特征的影响。图1A为不同类别挥发性化合物的数量和相对含量堆叠柱状图：SBP中酯类数量最多（15种）且相对含量最高（36.87%）；LPF中醇类数量从6种增至10种，相对含量从12.89%显著升至40.56%，成为主导类别，而酯类相对含量降至10.87%。图1B为挥发性化合物的相对含量热图，直观显示SBP中戊酸戊酯、异丁基己酸酯等含量较高，LPF中苯乙醇、(Z)-芳樟醇氧化物等显著升高。图1C为韦恩图，显示SBP和LPF共有29种重叠化合物，SBP特有7种，LPF特有12种，发酵后挥发性化合物总数从36增至41。图1D为主要挥发性化合物的差异分析柱状图（top 10）：发酵后显著增加的化合物包括苯乙醇、4-萜品醇、角鲨烯、2,4-二甲基苯甲醛、苯乙醛；显著减少的包括戊酸戊酯、(E)-芳樟醇氧化物、辛酸乙酯、庚醛等。图1E为ROAV值分析：SBP中关键香气成分（ROAV≥1）为β-大马酮（100）、辛酸乙酯（25.025）、异戊酸乙酯（9.594）；LPF中关键香气成分为β-大马酮（100）和异戊酸乙酯（7.329），β-大马酮因阈值极低成为沙棘最重要的香气贡献者。图1F为香气感官评价雷达图：发酵后沙棘特征气味、刺激味和青味显著降低（P<0.01），而甜香、果香和花香显著增加，整体香气改善，这与苯乙醇、苯乙醛的增加以及庚醛的减少一致。

该图展示了非靶向代谢组学和电子舌对沙棘汁味觉相关化合物的分析结果。图2A为所有检测到的非挥发性代谢物的分类饼图：共检测到736种代谢物，主要包括脂质和类脂分子（19.54%）、有机酸及其衍生物（18.76%）、杂环化合物（17.99%）、苯丙素类和聚酮类（15.09%）、苯类（9.48%）等。图2B为PCA得分图，PC1和PC2贡献率分别为76.39%和9.57%，SBP、LPF和QC样品明显分离，表明发酵显著改变了代谢物谱，QC样品聚集良好说明数据重复性高。图2C为PLS-DA模型得分图（SBP vs LPF），模型参数R2接近于1、Q2=0.82，表明模型解释率和预测能力良好。图2D为差异代谢物火山图，共筛选出115种差异代谢物（VIP>1，P<0.05，FC≥2或≤0.5），其中上调51种、下调64种；上调最显著的有酪胺、麦芽四糖、吡哆醇、鸟氨酸等，下调最显著的有新石房蛤毒素、核酮糖-5-磷酸、苹果酸等。图2E为电子舌味觉评价雷达图：发酵后甜味（从－9.54升至－7.89）和鲜味（从－3.01升至－0.95）显著增加（P<0.05），涩味（从2.34降至1.53）和苦味（从0.72降至0.28）显著降低，酸味略有下降但不显著，整体接受度提高。

该图展示了SBP与LPF之间差异代谢物的聚类模式及主要上调和下调化合物。图3A为差异代谢物的层次聚类热图（HCA），SBP和LPF样品明显分为两大簇，组内样品一致性高。SBP中高含量的化合物包括L-组氨酸、酪氨酸、脯氨酸、黄尿酸、水杨酸、维生素C、L-苹果酸等（与酸、涩相关）；LPF中高含量的化合物包括D-谷氨酰胺、酪胺、5'-腺苷酸、腺苷、4-吡哆酸、黄嘌呤等（与鲜、甜、醇厚相关）。图3B为上调差异代谢物的火柴图（按FC值排列，top 20），上调倍数最高的包括3-氨基-4-(丙氨基)环丁-3-烯-1,2-二酮、FNK肽、酪胺、腺苷、鸟氨酸、吡哆醇、甘草酸、次黄嘌呤、松三糖等（FC>2.5），这些是增强鲜味、甜味和醇厚感的主要化合物。图3C为下调差异代谢物的火柴图（top 10），下调最显著的有6-磷酸葡糖酸、核酮糖-5-磷酸、5'-腺苷单磷酸、新石房蛤毒素、L-组氨酸、葫芦巴碱、维生素C等（FC<－1），这些与酸、涩、苦味相关，其下降解释了发酵后酸、涩、苦味的减弱。

该图揭示了差异代谢物之间的相互关系和参与的关键代谢通路。图4A为主要差异代谢物的相关性弦图：正相关化合物（红色连接）包括酪胺、麦芽四糖、吡哆醇、FNK、鸟氨酸、腺苷、次黄嘌呤、γ-Glu-Leu等；负相关化合物（蓝色连接）包括新石房蛤毒素、核酮糖-5-磷酸、L-苹果酸等，表明这些代谢物之间存在协同或拮抗关系。图4B为味觉感官属性与主要呈味化合物的相关性网络图：FNK、鸟氨酸、黄嘌呤、γ-Glu-Leu、5'-腺苷酸等与鲜味呈极显著正相关（P<0.001）；酪胺、吡哆醇、吡哆胺等与醇厚感呈极显著正相关；麦芽四糖与甜味呈极显著正相关；新石房蛤毒素、H-Trp-NH2·HCl与苦味和涩味正相关；核酮糖-5-磷酸、二氨基庚二酸、L-苹果酸与酸味正相关。图4C为所有非挥发性代谢物的KEGG通路注释图，主要分布于全局和概览图（92个代谢物）、氨基酸代谢（49个）、其他次级代谢物生物合成（34个）等。图4D为差异代谢物的KEGG富集气泡图，嘌呤代谢和维生素B6代谢是富集最显著的通路（P值最小），其次是酪氨酸代谢等。图4E为主要差异代谢物及其相关代谢通路图（根据KEGG数据库）：嘌呤代谢途径中腺苷、次黄嘌呤、鸟氨酸上调增强鲜味；维生素B6代谢途径中吡哆醇、吡哆胺上调增强醇厚感；酪氨酸代谢途径中酪胺上调参与风味调节；同时甘草酸、松三糖、麦芽四糖等甜味物质增加。该图直观概括了乳酸发酵通过多条代谢通路改善沙棘风味的机制。

结论

植物乳杆菌乳酸发酵显著提高了沙棘汁的营养价值和抗氧化能力，降低了酸度，同时显著增加了黄酮和多糖等活性成分。发酵还通过增加挥发性化合物的种类和数量改善了香气。β-大马酮和异戊酸乙酯是关键香气化合物，苯乙醇和苯乙醛的升高增强了甜香、果香和花香。鲜味通过嘌呤代谢途径中腺苷、鸟氨酸、黄嘌呤和次黄嘌呤的升高而增强；醇厚感通过维生素B6和酪氨酸代谢途径中吡哆醇、吡哆胺和酪胺的增加而改善；甜味通过甘草酸、松三糖和麦芽四糖的增加以及苹果酸的降解而增强。苦味的降低归因于新石房蛤毒素的减少。感官转变还通过特定氨基酸的增加进一步强化，这些物质可能通过风味-味觉协同作用增强甜味感知。总之，乳酸发酵可以改善沙棘产品品质。本研究阐明了乳酸发酵过程中的风味转化机制，为通过补充关键前体和调控相关代谢途径改善沙棘感官品质奠定了基础。此外，研究还强调了动态监测关键代谢和感官指标是优化研究的关键下一步，最终为食品工业开发高品质功能性沙棘饮料提供了实践基础。

来源：公众号-食品指南针

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