东北农业大学李晓东教授课题组：基于SPME-GC-MS和非靶向代谢组学研究不同益生菌新鲜干酪的风味和代谢物特征
学科团队：乳品营养组学及功能性乳制品开发团队
期刊名称：Food Research International
中科院分区：中科院一区
影响因子：7.0
研究背景
新鲜干酪是指未经成熟的奶酪，具有较高的含水量、良好的风味和奶油质地，其在营养和健康方面提供了许多益处。新鲜干酪的风味和营养价值来源于其发酵过程中低分子量代谢物和肽的产生，其中小分子代谢物的存在对产品的风味和功能均有显著贡献。益生菌作为有益于人体健康的微生物，其在免疫调节以及维持肠道健康等方面发挥重要作用。研究表明，干酪是有效递送益生菌的载体之一，并为益生菌在整个胃转运过程中的存活创造了更有利的环境。然而，在益生菌干酪生产中遇到的主要问题是需要确保益生菌的引入不会对感官特性（风味、质地和外观）产生任何不良影响，并且添加益生菌后产生的代谢产物可以发挥功能性作用。研究表明，干酪中益生菌的加入可促进凝乳的形成，增强质地，并赋予干酪独特的风味，提高干酪质量。但以往研究主要强调了益生菌对干酪风味的重要影响，也强调了益生菌产生的代谢产物与风味的相关性；在代谢产物方面，研究主要集中在对代谢物类型和代谢途径分析，对差异代谢物本身潜在功能的评价相对较少。本研究利用固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（SPME-GC-MS）和非靶向代谢组学技术研究了不同益生菌对新鲜干酪风味、特征挥发性成分和差异代谢产物分布的影响，为功能性干酪的发展提供了理论基础。
研究内容
在本研究中，首先利用四种新型益生菌（植物乳植杆菌HH-LP56、瑞士乳杆菌HH-LH17、干酪乳酪杆菌PB-LC39和鼠李糖乳酪杆菌PB-LR76）制作了四种益生菌新鲜干酪，基于电子鼻、电子舌及固相微萃取-气相色谱-质谱（SPME-GC-MS）技术检测四种不同益生菌新鲜干酪的风味和特征挥发性成分；其次，基于非靶向代谢组学技术，研究四种益生菌对新鲜干酪代谢产物成分及含量的影响，分析了这些代谢产物可能涉及的代谢通路，从而明确四种益生菌干酪的潜在功能性。
关键结论
（1）添加益生菌影响了新鲜干酪的风味：
干酪乳酪杆菌有助于产生2-丁醇、2-甲基戊醛和异戊酸香叶酯，赋予干酪类似葡萄酒、果香和玫瑰色的香气；鼠李糖乳酪杆菌促进了肉豆蔻酸乙酯和δ-十二内酯的生产，这赋予了干酪青草和奶油的味道；植物乳植杆菌能够促进正己醇和肉豆蔻酸乙酯的生产，从而赋予干酪特有的花香和植物香味，但植物乳植杆菌促进了苯甲醛的生产，这可能会导致干酪中的杏仁味更明显；瑞士乳杆菌干酪组中具有酸败气味的己酸的相对含量相对较高。
表1. 新鲜干酪中风味物质的种类及相对含量
注：CK、LC、LR、LH、LP同上CK代表仅添加发酵剂的。LC、LR、LH和LP代表添加发酵剂和不同益生菌的干酪，所述益生菌分别包括干酪乳酪杆菌PB-LC 39、鼠李糖乳酪杆菌PB-LR 76、瑞士乳杆菌HH-LH 17和植物乳植杆菌HH-LP56。
（2）添加益生菌影响了新鲜干酪挥发性风味化合物的产生：
不同益生菌制备的新鲜干酪的气味特征存在显着差异。干酪乳酪杆菌表现出最多样化的挥发性化合物，并且具有最明显的气味。鼠李糖乳酪杆菌、瑞士乳杆菌和植物乳植杆菌干酪挥发性化合物多样性相对较低。
注：CK、LC、LR、LH、LP同上CK代表仅添加发酵剂的。LC、LR、LH和LP代表添加发酵剂和不同益生菌的干酪，所述益生菌分别包括干酪乳酪杆菌PB-LC 39、鼠李糖乳酪杆菌PB-LR 76、瑞士乳杆菌HH-LH 17和植物乳植杆菌HH-LP56。RI表示保留指数。
（3）添加益生菌影响了新鲜干酪的口味：
在四种益生菌干酪中，干酪乳酪杆菌干酪的响应值低于不可接受的味道，包括酸、苦、涩、苦回味，说明适口性较好。
图1. 新鲜干酪的嗅觉响应值（A）和主成分分析（B）；新鲜干酪的味觉响应值（C）和主成分分析（D）。
（4）添加益生菌改善了新鲜干酪的代谢产物：
在四种益生菌干酪中共有191种相同的代谢物，主要为碳水化合物、蛋白质和酸类，分别有151种、192种、172种和146种特异性代谢物。不同益生菌制备的干酪中差异代谢物的类型和丰度不同，大多数差异代谢物在添加益生菌后均表现出显著上调。四种益生菌干酪中的高丰度差异代谢物主要是生物碱、糖类、氨基酸、核苷和类固醇，它们具有低分子量，可以穿过肠道上皮屏障并进入外周血液循环以发挥抗氧化和抗炎作用。
图2. 含有不同益生菌的新鲜干酪中代谢物的PCA（A）、OPLS-DA（A1-D1）和排列检验（A2-D2）分析。CK和LC、CK和LR、CK和LH以及CK和LP的OPLS-DA分析和排列检验结果分别用A1/A2、B1/B2、C1/C2和D1/D2表示。蓝色三角形点表示排列测试模型的解释率（R2Y值），红点表示排列测试模型的预测能力（Q2值）
（5）添加益生菌促进了新鲜干酪功能性代谢物的产生：
从植物乳植杆菌、瑞士乳杆菌、干酪乳酪杆菌和鼠李糖乳酪杆菌干酪中分别鉴定出22、27、23和24种功能代谢物。四种益生菌干酪中丰度较高的功能代谢物为左旋肉碱、柚皮素、吲哚乙酸、砾石碱和松香糖，其赋予干酪一定的功能特性，包括抗炎、抗菌和脂质代谢调节。
图3. CK与LC（A）、LR（B）、LH（C）和LP（D）之间代谢产物的火山图; CK与LC、CK与LR、CK与LH和CK与LP之间显著不同的代谢产物种类的维恩图（E）。分别CK与LC（F）、LR（G）、LH（H）和LP（I）之间显著不同代谢产物的倍数变化条形图。
（6）添加益生菌改善了新鲜干酪的氨基酸代谢途径：
研究发现干酪代谢谱差异的大多数途径与氨基酸有关，因此使用益生菌作为附属发酵剂对干酪风味和功能特性的影响，主要归因于蛋白水解诱导的氨基酸代谢途径的改变。其中，精氨酸生物合成为最显著的差异代谢途径，益生菌的添加对精氨酸的生物合成和代谢有显着影响。
图4.不同益生菌对新鲜干酪的代谢途径分析。J-M分别代表CK与LC（J）、CK与LR（K）、CK与LH（L）和CK与LP（M）的代谢途径。
图5. 精氨酸生物合成的KEGG途径。红色表示上调，而蓝色表示下调。
创新点/应用前景
研究旨在从风味组成、代谢产物、代谢产物功能预测和代谢途径的角度探讨不同益生菌干酪的风味品质和代谢产物特性，为功能性干酪的发展提供了理论基础。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2024.115154
李晓东，博导，教育部食品工业职业教育教学指导委员会委员，黑龙江省教学名师，黑龙江省高层次人才，东北农业大学杰出学者JC2，美国佛蒙特大学访问学者。现任乳品科学教育部重点实验室副主任，黑龙江省高值化食品生物加工及功能性产品开发工程技术研究中心主任，乳品营养组学及功能性乳制开发品团队负责人。兼任中国畜产品加工研究会理事，中国食品科学技术学会乳酸菌分会理事，黑龙江省发酵工程学会副理事长，黑龙江省科顾委食品专家组专家，黑龙江省食品科学技术学会常务理事。《食品科学》、《乳品科学与技术》、《Food Science of Animal Products》杂志编委，《Foods》、《Frontiers in Nutrition》客座主编。主要从事乳品科学与技术，特别是婴配粉、干酪、乳基料及功能性乳制品等领域的科研和教学工作。
主持、参加国家科技支撑、国家重点研发计划项目、国家教育部创新团队、教育部博士学科点基金、黑龙江省重点研发计划项目、黑龙江省重大专项、黑龙江省百千万工程重大专项等各类课题30余项。获黑龙江省科学技术奖3项，厅局级奖励6项，中国食品科学技术学会奖励1项。授权专利18项。主编出版教材、专著《乳品工艺学》、《新型干酪食品加工技术》12部，共发表学术论文300余篇，在 Food Hydrocolloids，Food Chemistry，Journal of Agricultural and Food Chemistry等发表SCI 60余篇。
刘璐，硕导，副教授，食品营养与健康系主任，黑龙江省高层次人才，黑龙江省青年创新人才，东农学术骨干，《Foods》客座主编，《中国乳品工业》青年编委。主要从事乳品科学与技术，特别是婴配粉、干酪、功能性乳制品等领域的科研和教学工作。主持、参加省自然科学基金项目、中国博士后面上项目、黑龙江省重点研发计划、黑龙江省重大专项、黑龙江省百千万工程重大专项等各类课题20余项；获省科技进步奖等各级奖励5项；参与授权专利12项；主编出版“十三五”国家重点规划专著1部；副主编出版中国轻工业“十四五”规划教材1部；共发表学术论文60余篇，其中以第一作者/通讯作者发表SCI论文40余篇。获课堂教学质量一等奖、省级青年教师教学竞赛三等奖、校课程思政教学竞赛特等奖、首届骆承祥杯青年教师技能大赛一等奖、校教学创新大赛二等奖；指导学生获国家、省级创新创业奖10项。
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撰稿：潘悦
编辑：刘璐
责编：杜鹏 刘璐
来源：东农乳品 乳此科学
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