Characterization and Application of Indigenous Microbial Strains in Mixed-Culture Fermentation of Cashew Apple Juice
本地微生物菌株在腰果苹果汁混合培养发酵中的表征与应用
来源： Electronic copy available at: ssrn.com/abstract=5806864
1.摘要
本研究从贝宁自然发酵腰果苹果制品中分离出52株本土微生物（34株酵母、14株乳酸菌、4株醋酸菌），经分子鉴定为酿酒酵母、库德里阿兹威毕赤酵母、仙人掌 Hanseniaspora、植物乳杆菌、巴氏醋杆菌等。通过生长动力学、糖代谢、产酸、产乙醇及挥发性风味筛选出优良菌株：Sac11（酿酒酵母）、Pik4a（库德里阿兹威毕赤酵母）、Hao71（仙人掌 Hanseniaspora）、Lap21（植物乳杆菌）、AAB36（巴氏醋杆菌）。构建四组复合菌群进行混合发酵，结合2²全因子试验与满意度函数优化工艺。结果显示，菌群C3（Lap21+AAB36+Sac11）发酵产品酸度平衡、甜度适中、乙醇含量低（<20 g/L），果香花香突出、感官接受度最高。研究证实，西非本土菌株适配腰果苹果基质，混合发酵可实现低醇、风味浓郁、高活菌数的功能性饮料，为热带水果副产物高值化利用提供新路径。
2.关键词（中文）
腰果苹果、本土菌株、混合发酵、挥发性风味、感官评价、乳酸菌、醋酸菌、酵母
3.研究目的
分离、鉴定并筛选腰果苹果发酵相关的本土酵母、乳酸菌、醋酸菌。
评价菌株生长、产酸、产乙醇、糖利用及风味合成能力。
构建酵母+乳酸菌+醋酸菌复合菌群，优化发酵工艺。
开发酸度平衡、低醇、果香浓郁、安全性高的腰果苹果发酵饮料。
实现腰果苹果副产物资源化利用，提升热带水果加工附加值。
4.研究思路
采用“菌株分离→分子鉴定→生长与代谢筛选→风味评价→菌群配伍→工艺优化→感官验证”路线。先分离纯化微生物，16S rRNA/ITS测序鉴定；用Bioscreen测定生长动力学，HPLC测糖、酸、乙醇；GC-MS测挥发性风味；API 50 CHL评价乳酸菌碳源谱；构建多组混合菌群；以pH、糖度、酸度、乙醇、活菌数为指标，响应面法优化时间与接种量；最终通过CATA与愉悦度测试评价最优产品。
5.研究亮点
首次系统表征西非腰果苹果本土发酵菌群，菌株天然适配基质。
建立酵母+乳酸菌+醋酸菌三元混合发酵体系，实现低醇、温和酸度、果香强化。
筛选出风味突出菌株：Pik4a产果香酯、Hao71产花香乙酸酯、Sac11产果香浓酯。
优化产品乙醇<20 g/L、pH 3.5–3.8、糖度8–10°Bx，符合健康饮品需求。
产品活菌数超10⁸ CFU/mL，兼具发酵风味与潜在益生菌特性。
6.可延伸的方向
解析混合菌群互作机制（代谢交叉、群体感应、pH协同）。
研究发酵对单宁、黄酮、抗氧化能力的提升。
开发抑菌、抗氧化、降涩感的功能型腰果苹果饮料。
进行中试放大与货架期、稳定性、安全性评价。
拓展至菠萝、芒果、腰果副产物等热带水果混合发酵。
结合宏基因组/代谢组揭示风味与品质形成通路。
开发粉剂、胶囊等益生菌型发酵腰果苹果制品。
7.测量的数据及其研究意义
52株微生物分离与分子鉴定结果，来自表2。意义：明确酵母、乳酸菌、醋酸菌组成与演替规律。
各菌株生长动力学参数（延滞期λ、最大比生长率μmax、最大OD），来自表3、图2。意义：筛选生长健壮、适配腰果汁的菌株。
葡萄糖、果糖消耗及乳酸、乙酸、乙醇产量，来自表3、图2。意义：评价代谢能力，指导菌群配伍。
API 50 CHL乳酸菌碳源发酵谱，来自正文结果。意义：区分Lap21等菌株代谢多样性。
挥发性风味物质（酯类、醇类、醛类）GC-MS定量，来自表4。意义：筛选产果香、花香优良酵母。
不同菌群发酵pH、糖度、酸度、乙醇数据，来自表1、表5、表6。意义：优化获得平衡品质参数。
发酵终点微生物计数，来自表6。意义：产品活菌>10⁸ CFU/mL，具备益生菌潜力。
CATA感官属性与愉悦度评分，来自正文结果。意义：确定C3菌群产品最受喜爱。
8.结论
从腰果苹果发酵品中分离得到酿酒酵母、库德里阿兹威毕赤酵母、仙人掌 Hanseniaspora、植物乳杆菌、巴氏醋杆菌等本土菌群。
筛选出5株优良菌株：Sac11、Pik4a、Hao71、Lap21、AAB36，生长与风味表现突出。
三元混合发酵可实现低醇、酸度柔和、果香花香浓郁的稳定饮料。
最优组合为C3菌群（Lap21+AAB36+Sac11），在4 log CFU/mL、60 h条件下品质最佳。
本土菌株混合发酵是腰果苹果高值化利用的高效策略，可生产健康、特色、可持续的热带水果饮料。
9.芬兰Bioscreen仪器测量的微生物生长曲线数据的研究意义
本研究使用芬兰Bioscreen C MBR全自动生长分析仪，30℃培养，每10分钟读取OD₆₀₀，连续监测48 h，获得所有酵母、乳酸菌、醋酸菌的生长动力学曲线，数据来自表3、图2。
研究意义：
高通量筛选优良菌株：同步测定52株菌的延滞期、比生长速率、最大生物量，快速选出生长快、稳产期高的菌株，淘汰生长弱、竞争力差的菌株，为后续发酵提供可靠菌种。
标准化菌株接种条件：确定各菌株对数期与稳定期时间，保证接种量统一、生理状态一致，避免因生长差异导致代谢与风味结果偏差。
判断菌群配伍相容性：对比单菌与混菌生长曲线，预测混合发酵中菌群动态，避免生长抑制或竞争失衡。
排除生长缺陷干扰：确认优良菌株在腰果苹果汁中生长健壮，证明后续产酸、产醇、风味差异源于代谢特性，而非生长不良。
提供工艺设计核心参数：获得μmax、λ、Nmax等动力学数据，为发酵罐放大、接种时间、培养条件提供精准依据，提高工业化可控性与稳定性。