基于主成分分析法优选刺葡萄乳酸菌发酵菌株

刘俊曦,曾 璐,张志旭,胡亚平,秦 丹*

(湖南农业大学食品科学技术学院,湖南 长沙 410128)

摘要: 为优选最适刺葡萄发酵的乳酸菌菌株,使用4株乳酸菌(嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳酪杆菌、植物乳植杆菌、干酪乳酪杆菌)分别发酵刺葡萄汁,并对其发酵前后的活菌数、理化特性、功能性成分以及体外抗氧化活性进行测定,并结合主成分分析(PCA)法对不同菌株发酵的刺葡萄汁进行综合评价分析。结果表明,4株乳酸菌发酵的刺葡萄汁活菌数均大于107 CFU/mL,与未发酵的刺葡萄汁相比,发酵汁的pH值显著降低(P<0.05)、总糖含量提高2.3%~25.3%,总酸含量提高23.6%~131.3%,总酚、总黄酮和花青素含量均有不同程度的增加,其中植物乳植杆菌发酵刺葡萄汁的指标均显著增加(P<0.05)。发酵显著增强了1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除能力(P<0.05),并不同程度提高了超氧化物歧化酶(SOD)活力和羟自由基清除率。PCA可将不同菌株发酵的样品区分,植物乳植杆菌发酵刺葡萄汁的综合评价总得分最高,表明其在生长代谢和提升功能特性方面表现更优。综上,选取植物乳植杆菌作为开发刺葡萄加工饮料的发酵菌株。

关键词: 乳酸菌;刺葡萄;主成分分析;发酵

葡萄(Vitis davidii)为我国南方特有野生葡萄资源,以芽密生1~2 mm皮刺而得名[1],富含花青素、白藜芦醇等功能成分,兼具抗氧化、降脂及药用价值。然而果实糖酸比低、籽皮厚,深加工仍以低端酒汁为主,附加值受限,亟需开发功能饮料、高纯提取物及籽油保健品等新型高值化产品,并完善采后处理体系,以突破产业瓶颈[2]

乳酸菌发酵技术作为一种环境友好的果蔬加工策略,同时通过重构营养组分增强功能功能性成分,在健康饮品领域展现出显著应用潜力[3]。国内外也已有部分学者关注乳酸菌发酵葡萄汁饮料的相关研究,仵白敏[4]选用活菌数与感官评分为指标,对植物乳植杆菌和短乳杆菌协同发酵葡萄汁的工艺进行了改进,提高了发酵效率。翟硕莉等[5]则发现保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌混合发酵会提升葡萄汁的参数,并系统比较了发酵前后功能性成分及抗氧化活性的变化。主成分分析(principal component analysis,PCA)是一种基于降维的多元统计方法,现已成为评价产品品质的常用统计方法[6-7]。黄宁馨等[8]通过主成分分析对6种不同乳酸菌发酵枸杞汁的品质特性进行评价,从中筛选出2种乳酸菌作为发酵枸杞汁的优良菌株;杨玉等[9]采用6株乳酸菌分别进行葛根酵素的纯种发酵,在发酵完成后,检测葛根酵素的活菌数、pH值等关键指标。不同的乳酸菌在刺葡萄果汁中的生长与发酵性能不同,对果汁营养成分的影响也有较大差异,而目前国内外有关不同乳酸菌发酵的刺葡萄果汁品质影响鲜见报道。

本研究选取湖南产刺葡萄‘紫秋’为原料,分别采用4株不同品种的乳酸菌进行发酵。通过测定发酵前后刺葡萄汁的微生物指标、理化特性、活性组分及抗氧化活性等12项品质指标,构建基于主成分分析(principal component analysis,PCA)的综合评价体系,优选适用于刺葡萄乳酸菌发酵饮品的适配菌株,旨在提升深加工产品的营养功能特性,为刺葡萄资源的高值化绿色开发提供实验支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

湖南‘紫秋’刺葡萄 湖南狮翊农业有限公司;植物乳植杆菌(Lactobacillus plantarum)LP90、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)LA85、干酪乳酪杆菌(Lactobacillus casei)LC89、鼠李糖乳酪杆菌(Lactobacillus rhamnosus)LRa05 西安米先尔生物科技有限公司。

MRS培养基 广东环凯微生物科技有限公司;福林酚、芦丁 上海麦克林生化科技股份有限公司;2,2′-联氮-双(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS)、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH) 阿拉丁试剂(上海)有限公司;其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

GF系列立式压力蒸汽灭菌锅 致微(厦门)仪器有限公司;PHS-3C型pH计 上海仪分析电仪器有限公司;AEU-220分析天平 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;WFB-HS0450破壁机 美国西屋电气公司;MK-60A低速台式离心机 湖南迈克尔实验仪器有限公司;热电Multiskan FC酶标仪 美国赛默飞世尔科技有限公司;DNP-9052BS-Ⅲ电热恒温培养箱 上海新苗医疗器械制造有限公司;SJ-CJ-2F超净台 苏州苏洁净化设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳酸菌发酵刺葡萄汁制备工艺

将刺葡萄鲜果去蒂,挑选饱满、无腐烂的鲜果,用0.01%次氯酸溶液清洗,去除表面微生物。再用无菌蒸馏水清洗后,加入到无菌破壁机中破碎,得到未发酵刺葡萄浆(对照)。将果浆分装于灭菌后的发酵瓶(50 mL)中,装料量为每瓶45 g。将4种乳酸菌菌粉(嗜酸乳杆菌,鼠李糖乳酪杆菌、植物乳植杆菌、干酪乳酪杆菌)以质量分数1%的接种量分别接种到未发酵(CK)的刺葡萄浆中。于37 ℃恒温静置培养48 h[8],每隔8 h摇匀一次。发酵结束后用4层无菌医用纱布过滤,得到发酵刺葡萄汁,分别记为LA、LR、LP、LC。

1.3.2 乳酸菌发酵刺葡萄汁的微生物及理化指标测定

活菌数:参考GB 4789.35—2023《食品微生物学检验 乳酸菌检验》,采用平板稀释法测定;总酸:参照GB/T 12456—2021《食品中总酸的测定》,以乳酸计;pH值:采用pH计法测定;总糖:采用苯酚硫酸法测定[10],绘制葡萄糖标准曲线;可溶性蛋白质:采用考马斯亮蓝G-250法测定[11],以牛血清白蛋白为标准品绘制标准曲线。

1.3.3 乳酸菌发酵刺葡萄汁的功能性成分测定

总酚:采用福林酚显色法进行测定[12],以没食子酸当量表示;总黄酮:采用氯化铝比色法测定[13],以芦丁当量示;花青素:采用pH值示差法测定[14],以矢车菊素-3-葡萄糖苷当量表示。

1.3.4 乳酸菌发酵刺葡萄汁的体外抗氧化活性测定

1.3.4.1 DPPH自由基清除能力测定

参考文献[15]的方法,将1 mL经过20倍稀释的样品溶液与2 mL 0.2 mmol/L的DPPH乙醇溶液混合,在室温且避光的条件下反应30 min,然后在波长517 nm处测量吸光度。用超纯水代替样品作为空白对照,用乙醇代替DPPH作为样品对照,DPPH自由基清除率计算公式如下:

式中:Ai为样品吸光度;Aj为空白吸光度;Ac为对照组吸光度。

1.3.4.2 羟自由基清除能力测定

参考文献[16]的方法,在试管中依次加入1 mL FeSO4溶液(9 mmol/L)、1 mL水杨酸溶液(9 mmol/L)及1 mL稀释10倍的待测样品,涡旋混匀后加入1 mL H2O2溶液(0.15%)启动反应体系。将混合液置于37 ℃恒温环境中避光反应30 min后,于510 nm波长处测定吸光度,空白对照组以等体积超纯水替代样品,同步进行上述操作,羟自由基清除率计算公式如下:

式中:Ax为试样吸光度;A0为空白吸光度;Ay为水替代H2O2的本底吸光度。

1.3.4.3 SOD活力的测定

参考文献[17]的方法,样品在室温下,5 000 r/min离心8 min,取上清液备用,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活力根据SOD活性检测试剂盒 测定。

1.3.4.4 ABTS阳离子自由基清除能力测定

参考文献[18]的方法,将100 μL刺葡萄汁置于试管中,随后加入4 mL ABTS溶液,在室温下避光反应 5 min,之后在波长734 nm处测定其吸光度,记为A样品。以100 μL蒸馏水替代刺葡萄汁,按照相同步骤测定其吸光度,记为A空白。在上述测定过程中,均使用超纯水进行稀释。ABTS阳离子自由基清除率计算公式如下:

1.4 数据统计分析

为了确保结果的可靠性,本研究对所有实验均进行了3次独立重复。最终结果以的形式呈现,以反映数据的统计特征。采用SPSS 27.0软件进行统计分析,首先通过单因素方差分析检验组间差异,再使用Duncan法进行多重比较(P<0.05视为显著差异)。在此基础上,利用PCA对不同质量指标进行标准化处理,并以各主成分的方差贡献率为权重,对刺葡萄汁质量进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 不同菌种发酵对刺葡萄微生物及理化指标的影响

由表1可知,发酵48 h后,经4株乳酸菌发酵后的刺葡萄汁中活菌数均能达到107 CFU/mL,达到GB 7101—2022《饮料》对益生菌食品不小于106 CFU/mL的要求,表明刺葡萄汁中营养充足,适合乳酸菌生长,可以作为乳酸菌发酵饮料的原料。经发酵后,总糖含量提高了2.3%~25.3%,可能是由于乳酸菌的代谢活动产生了碳水化合物活性酶,改变了多糖的结构,使多糖的分子质量减小,增大了其溶解度[19],留在了果汁中。在发酵过程中,乳酸菌发酵产生了有机酸,总酸含量提高23.6%~131.3%,其中植物乳植杆菌在展现出更高的产酸能力,发酵后总酸质量浓度达9.9 g/L。发酵刺葡萄汁中可溶性蛋白含量因菌株的不同而不同,发酵后蛋白组分显著降低,推测源于微生物蛋白酶对蛋白的水解作用,将其转化为游离氨基酸及小分子肽类,从而减少可溶性蛋白组分[11]。综上,不同菌株对刺葡萄汁的微生物与理化指标有显著影响,在选择最优菌株时需要进一步考量。

表1 不同菌株发酵对刺葡萄汁微生物及理化指标的影响
Table 1 Effect of different strains fermentation on the microbiological and physicochemical indicators of V. davidii juice

浓度/(g/L)质量浓度/(μg/mL)浓度/(g/L)(107 CFU/mL)LP3.23±0.02d9.9±0.22a582.90±1.90b99.82±5.76b8.7±0.3a LC3.47±0.04bc6.64±0.56b550.90±14.56c95.57±0.66b 6.2±0.1bc组别pH总酸质量可溶性蛋白总糖质量活菌数/LA3.52±0.01ab5.29±0.34bc575.20±7.70b117.06±8.62a5.8±0.2c LR3.41±0.07c6.3±2.54b577.28±11.96b113.08±8.62a6.8±0.2b CK3.54±0.01a4.28±0.23c610.30±4.64a93.45±3.58b

注:同列小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。

2.2 不同乳酸菌发酵对刺葡萄汁功能性成分的影响

不同乳酸菌发酵显著改变了刺葡萄汁的功能性成分。由图1A、B可知,相较于未发酵样品,经过4株乳酸菌发酵后的刺葡萄汁总酚含量提升1.7%~12.3%,鼠李糖乳酪杆菌与植物乳植杆菌发酵对总黄酮的增效作用较为突出,增幅分别达7.9%和10.5%,显著高于其他菌株处理组(P<0.05)。多项研究指出,乳酸菌通过生物转化作用可有效提高果汁中总酚与总黄酮水平[20-21],然而,菌株特异性代谢差异使总酚及总黄酮的增量幅度产生显著差异,Liu Shuai等[22]发现发酵芒果汁时应用植物乳植杆菌、嗜酸乳杆菌和干酪乳酪杆菌,可提升芒果汁的抗氧化活性,代谢组学显示多酚类物质含量增加,多酚的定量分析表明,发酵处理降低了结合型没食子酸含量,同时提高了游离型邻苯三酚与没食子酸葡萄糖苷水平。Chen Wending等[23]从酚类成分的角度研究乳酸菌发酵对草莓汁颜色表达和抗氧化活性的影响,结果表明植物乳植杆菌和嗜酸乳杆菌均能在草莓汁中生长,促进了芦丁、(+)-儿茶素和天竺香苷的消耗,提高了没食子酸、原儿茶酸、咖啡酸和对香豆酸的含量。本研究中,植物乳植杆菌表现出显著的总酚及总黄酮富集优势,其主要归因于该菌株分泌的糖苷水解酶与酯酶协同作用,高效裂解结合态酚类的糖苷键与酯键,促进游离型活性酚类释放[24]

图1 不同菌株发酵刺葡萄汁前后总酚(A)、总黄酮(B)及花青素(C)含量的变化
Fig. 1 Changes in total phenolics (A), total flavonoids (B), and anthocyanins (C) contents of V. davidii juice before and after the fermentation by different strains

由图1C可知,经发酵后,以植物乳植杆菌、干酪乳酪杆菌和鼠李糖乳酪杆菌发酵的刺葡萄汁中花青素含量显著增高(P<0.05),这可能是因为在发酵过程中,乳杆菌产生的葡萄糖苷酶,几丁质酶和纤维素酶等,使刺葡萄的细胞壁分解,让花青素更好地溶解于刺葡萄汁液中,致使花青素含量升高[16];还有报道称,乳酸发酵导致pH值降低,使花青素更好地保存[25]

综上,乳酸菌发酵可提升刺葡萄汁中总酚、总黄酮及花青素含量,其中植物乳植杆菌因多重酶系活性较高,在功能性成分富集方面表现最优,具有良好的应用前景。

2.3 不同乳酸菌发酵对刺葡萄汁抗氧化活性的影响

由图2A可知,发酵后的刺葡萄汁DPPH自由基清除能力显著增强(P<0.05),其中植物乳植杆菌发酵的刺葡萄汁DPPH自由基清除率最高,达到72.3%。由图2B可知,植物乳植杆菌、干酪乳酪杆菌及嗜酸乳杆菌发酵的刺葡萄汁的羟自由基清除率显著升高(P<0.05),增幅达9.8%~37.8%。由图2C可知,经鼠李糖乳酪杆菌和植物乳植杆菌发酵后,其SOD活力分别提高12.5%和32.7%。由图2D可知,4种乳酸菌发酵刺葡萄汁的ABTS阳离子自由基清除率无显著差异(P>0.05),这一结果可能是因为ABTS主要用于检测亲水性化合物,而经过乳酸菌发酵后的刺葡萄汁,产生的疏水性酚苷元在水相体系中溶解度低,导致其无法检测出差异,使得结果变化不显著[22]

图2 不同菌株发酵刺葡萄汁DPPH自由基清除率(A)、羟自由基清除率(B)、SOD活力(C)和ABTS阳离子自由基清除率(D)的变化
Fig. 2 Changes in DPPH radical scavenging rate (A), hydroxyl radical scavenging rate (B), SOD activity (C), and ABTS cation radical scavenging rate (D) of V. davidii juice fermented by different strains

酚类化合物构成抗氧化活性的主要物质基础。乳酸菌通过分泌多种水解酶(如糖苷水解酶、酯酶等),催化结合态多酚转化为生物可利用度更高的游离态形式。该转化过程显著增强了酚类物质的电子供给能力,从而提升其清除自由基的活性[26]。如乳酸菌发酵黑茶提取物,显著提高了酚类物质的含量,其中儿茶素、表儿茶素和表没食子儿茶素的水平提高了33%~73%,酚酸(阿魏酸、咖啡酸、山柰酸)的含量增加了16%~75%[27]。此外,乳酸菌的内源性抗氧化系统能够分泌SOD、过氧化氢酶以及硫醇类化合物等活性物质,协同增强发酵体系的抗氧化防御能力[28],对发酵产品的抗氧化活性有一定的贡献。综上,乳酸菌发酵通过增加游离多酚和内源抗氧化酶,显著提升刺葡萄汁的自由基清除率与SOD活力,其中植物乳植杆菌综合抗氧化表现最佳,为开发高抗氧化刺葡萄发酵饮品提供了核心菌种依据。

2.4 基于PCA筛选最适刺葡萄汁发酵的菌株

对发酵刺葡萄汁的活菌数、理化指标、活性成分和抗氧化活性指标进行PCA。经过检验可知,KMO取样适切性量数为0.646,巴特利特检验显著性P<0.01,适合进行PCA,主成分特征值及方差贡献率结果表见2,不同菌株发酵刺葡萄汁的品质载荷矩阵见表3。

由表2可知,前3个PC的累计方差贡献率已达到89.24%,满足PCA对贡献率累计之和大于80%的要求,因此,3个PC即可表征12个指标的信息。每一个PC都是原变量的线性组合,在此基础上,每个PC的贡献度可以用因素载荷反映出来。因素载荷的绝对值越大,说明此变数对PC的影响越大。

表2 主成分因子特征值及方差贡献率
Table 2 Eigenvalues and variance contribution rates of the principal components factors

主成分特征值方差贡献率/%累计方差贡献率/%16.8857.3657.3622.1117.6074.9631.7114.2889.24

由表3载荷矩阵可知,PC1主要反映活菌数、pH值、总酸、总酚、总黄酮、花青素、DPPH自由基清除率与SOD活力的变异信息;PC2主要反映可溶性蛋白与羟自由基清除率的变异信息;PC3主要反映总糖和ABTS阳离子自由基清除率的变异信息。其中PC1整合基础品质特性,PC2和PC3则关注抗氧化功能的差异化表达。

表3 不同菌株发酵刺葡萄汁的主成分载荷矩阵
Table 3 Principle components loading matrix of quality of V. davidii juice fermented by different strains

指标PC1PC2PC3活菌数0.8130.5040.239 pH-0.9600.1030.106总酸0.9770.061-0.073可溶性蛋白-0.213-0.9200.051总糖-0.0960.2500.886多酚0.960-0.1210.086黄酮0.882-0.3190.147花青素0.9130.065-0.297 DPPH0.9140.0790.188 SOD0.886-0.1530.208羟自由基-0.1080.876-0.345 ABTS-0.3560.1290.733

由图3可知,PC1和PC2分别解释了57.4%和16.2%的变异,累计贡献率达73.6%,可基本反映样品的整体信息。由图3A可知,经过不同乳酸菌发酵处理的刺葡萄汁以及未经发酵的刺葡萄汁之间具有良好的区分度。不同菌株发酵的样品明显分离:嗜酸乳杆菌、干酪乳酪杆菌、鼠李糖乳酪杆菌、植物乳植杆菌及对照组各自聚集,表明菌株间代谢特征差异显著;同一菌株的3次重复彼此靠近,说明实验重复性良好。进一步结合图3B的PCA载荷图进行分析,可以发现鼠李糖乳酪杆菌和植物乳植杆菌在PC1的正向端呈现分布特征,且与活菌数、花青素及黄酮等指标呈现出正相关性。这一结果表明,在这两组发酵样本中,上述各项指标的数值相对较高。活菌数、DPPH、总酸、SOD、多酚、黄酮、花青素等指标位于PC1正方向,是区分高发酵活性菌株(如嗜酸乳杆菌、干酪乳酪杆菌)的主要变量;pH值、ABTS、可溶性蛋白位于PC1负方向,是对照组及低发酵度样品的特征变量。PC2进一步拉开部分菌株间的距离,提示仍存在一定的组内差异。综上,PC1从左到右可视为“未发酵/低活性”向“高发酵活性/高抗氧化”过渡的轴,清晰揭示了发酵剂菌株对样品功能性的显著提升作用。

图3 4株乳酸菌发酵刺葡萄汁主成分分析得分图(A)和载荷图(B)
Fig. 3 Principal component analysis score plot (A) and loading plot (B) of V. davidii juice fermented by 4 strains of lactic acid bacteria

根据各PC得分,以对应的方差贡献率作为权重,得到不同菌株发酵刺葡萄汁的综合评价函数:Y=0.56Y1+0.18Y2+0.15Y3,计算各菌株发酵刺葡萄汁的综合得分结果见表4。由综合得分排名第1的是植物乳植杆菌。该菌株发酵的刺葡萄汁在综合品质上最表现优异,更适合用于生产发酵刺葡萄饮料。

表4 不同菌株发酵刺葡萄汁综合得分及排名
Table 4 Comprehensive scores and rankings of V. davidii juice fermented by different strains

菌株Y1Y2Y3Y排名嗜酸乳杆菌-0.700.520.44-0.284鼠李糖乳酪杆菌0.56-0.090.800.472植物乳植杆菌1.73-0.200.241.111干酪乳酪杆菌-0.521.79-0.52-0.063未发酵-1.20-1.28-0.68-1.135

3 结 论

本研究采用4株乳酸菌发酵刺葡萄果浆,考察了对发酵液中微生物理化特性、功能性成分及其抗氧化活性的影响。发现不同乳酸菌在发酵后表现出显著差异。植物乳植杆菌发酵后的刺葡萄汁在总酚、总黄酮、花青素含量及抗氧化活性方面表现优异,综合品质最佳。主成分分析法有效优选出适合发酵刺葡萄的乳酸菌菌株,为刺葡萄深加工产品的开发提供了科学依据。未来研究可进一步探索不同乳酸菌发酵机制,优化发酵工艺,开发更多功能性刺葡萄发酵产品,推动刺葡萄产业的高值化发展。

参考文献:

[1] JU Y, YUE X, CAO X, et al. Targeted metabolomic and transcript level analysis reveals quality characteristic of chinese wild grapes (Vitis davidii Foex)[J]. Foods, 2020, 9(10): 1387.

[2] 秦丹, 熊兴耀, 石雪晖, 等. 刺葡萄品质分析及加工性能研究[J]. 食品科技, 2006(6): 52-54.

[3] RUIZ RODRIGUEZ, L G, ET A L, Fruits and fruit by-products as sources of bioactive compounds. Benefits and trends of lactic acid fermentation in the development of novel fruitbased functional beverages[J]. Food Res Int, 2021, 140: 109854.

[4] 仵白敏. 复合益生菌发酵葡萄汁工艺优化与营养特性研究[D].郑州: 中国农业科学院, 2020.

[5] 翟硕莉, 王岩, 张秀丰. 富硒乳酸菌发酵葡萄汁工艺条件及功能性成分研究[J]. 农业与技术, 2023, 43(20): 16-19.

[6] 李佩艳, 苏娇, 肖鑫鑫, 等. 基于主成分分析的草酸处理对银条褐变及 活 性氧代谢的影响[J/OL]. 中国食品学报,1-11[2026-04-23]. https://link.cnki.net/urlid/11.4528.TS.20250314.1653.015.

[7] 刘秋鸣, 曾丽萍, 樊爱萍, 等. 主成分分析方法研究MAP对建水草芽的保鲜效果[J]. 包装工程, 2022, 43(5): 83-90.

[8] 黄宁馨, 丁士勇, 刘睿, 等. 主成分分析法优选枸杞乳酸菌发酵饮品发酵剂[J]. 农业工程学报, 2021, 37(7): 286-292.

[9] 杨玉, 李红艳, 邓泽元, 等. 基于主成分分析方法筛选乳酸菌发酵葛根酵素[J]. 中国食品学报, 2023, 23(3): 196-205.

[10] 岳庆明, 韩丽娟, 邓永蓉, 等. 黄刺多糖中单糖含量与体外降血糖活性相关性分析[J]. 食品科学, 2024, 45(8): 122-133.

[11] 董洋洋, 於钊庆, 牛丽影, 等. 四种乳酸菌发酵对甜玉米汁营养与风味品质的影响[J]. 食品工业科技, 2025, 46(12): 135-142.

[12] 刘聪. 芒果乳酸菌发酵饮料的研制与营养评价[D]. 天津: 天津科技大学, 2019.

[13] 李涛, 刘晓璠, 杨小兰. 啤酒花总黄酮测定方法的比较研究[J]. 食品科学, 2014, 35(18): 89-92.

[14] 曹桢. 紫薯乳酸发酵汁工艺优化及品质特性研究[D]. 重庆: 西南大学, 2022.

[15] MOUSAVI, Z.E. AND M. MOUSAVI, The effect of fermentation by Lactobacillus plantarum on the physicochemical and functional properties of liquorice root extract[J]. LWT-Food Sci Technol, 2019,105: 164-168.

[16] ZHANG Y, LIU W, WEI Z, et al. Enhancement of functional characteristics of blueberry juice fermented by Lactobacillus plantarum[J]. LWT-Food Sci Technol, 2021, 139: 110590.

[17] 何娅轲. 乳酸菌发酵胡柚皮饮料的工艺及其抗氧化活性研究[D].杭州: 浙江大学, 2023.

[18] LI X, HE T, MAO J, et al. Effects of lactic acid bacteria fermentation on physicochemical properties, functional compounds and antioxidant activity of edible grass[J]. Fermentation, 2022, 8: 64711.

[19] LIU S, HU J, ZHONG Y, et al. A review: effects of microbial fermentation on the structure and bioactivity of polysaccharides in plant-based foods[J].Food Chem, 2024, 440: 10.

[20] KWAW E, MA Y, TCHABO W, et al. Effect of Lactobacillus strains on phenolic profile, color attributes and antioxidant activities of lacticacid-fermented mulberry juice[J]. Food Chem, 2018, 250: 148-154.

[21] MULTARI S, CARAFA I, BARP L, et al. Effects of Lactobacillus spp. on the phytochemical composition of juices from two varieties of Citrus sinensis L. Osbeck: ‘Tarocco’ and ‘Washington navel’[J]. LWT-Food Sci Technol, 2020, 125: 10.

[22] LIU S, PENG Y, HE W, et al. Metabolomics-based mechanistic insights into antioxidant enhancement in mango juice fermented by various lactic acid bacteria[J]. Food Chem, 2025, 466: 10.

[23] CHEN W D, XIE C Y, HE Q Q, et al. Improvement in color expression and antioxidant activity of strawberry juice fermented with lactic acid bacteria:a phenolic-based research[J]. Food Chem-X, 2023, 17: 11.

[24] LANDETE J M, CURIEL J A, RODRIGUEZ H, et al. Aryl glycosidases from Lactobacillus plantarum increase antioxidant activity of phenolic compounds[J]. J Funct Food, 2014, 7: 322-329.

[25] LI S, TAO Y, LI D, et al. Fermentation of blueberry juices using autochthonous lactic acid bacteria isolated from fruit environment:fermentation characteristics and evolution of phenolic profiles[J].Chemosphere, 2021, 276: 11.

[26] KHAN S A, LIU L, LAI T, et al. Phenolic profile, free amino acids composition and antioxidant potential of dried longan fermented by lactic acid bacteria[J]. J Food Sci Technol, 2018,55(12): 4782-4791.

[27] CHENG Z, ZHANG Y, GUAN Z, et al. Lactic acid bacteria-mediated transformation of black tea extract: insights into metabolite profile and sensory characteristics[J]. Food Biosci, 2025, 66: 14.

[28] 赵佳, 赵飞燕, 沈馨, 等. 乳酸菌抗氧化活性及其应用研究进展[J].生物技术通报, 2023, 39(11): 182-190.

Screening of Lactic Acid Bacterial Strains for Vitis davidii Fermentation Based on Principal Component Analysis

LIU Junxi, ZENG Lu, ZHANG Zhixu, HU Yaping, QIN Dan*

(School of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Abstract: To screen the optimal lactic acid bacterium for Vitis davidii grape fermentation, the V. davidii juice were fermented respectively using 4 strains (Lactobacillus acidophilus, Lacticaseibacillus rhamnosus, Lactiplantibacillus plantarum, and Lacticaseibacillus casei). Its viable cell counts, physicochemical indices, functional constituents, and in vitro antioxidant activities were determined before and after fermentation, and the grape juice fermented by different strains was comprehensively evaluated and analyzed using the principal component analysis (PCA) method. The results showed that the viable bacterial counts of V. davidii juice fermented by the 4 lactic acid bacteria were all greater than 107 CFU/mL. Compared with the unfermented grape juice, the pH value of the fermented juice was significantly lower (P < 0.05), the total sugar content increased by 2.3% to 25.3%, the total acid content increased by 23.6% to 131.3%, and the total phenols, total flavonoids and anthocyanins contents all increased to varying degrees. Among them, the indicators of the V. davidii juice fermented by L. plantarum significantly increased (P < 0.05). The fermentation significantly enhanced the scavenging ability of 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical (P < 0.05), and moderately increased the activity of superoxide dismutase(SOD) and the scavenging rate of hydroxyl radical. PCA could distinguish the samples fermented by different strains. The comprehensive evaluation score of the fermented juice of L. plantarum was the highest, indicating that it performed better in terms of growth metabolism and improvement of functional properties. In conclusion, L. plantarum was selected as the fermentation strain for developing processed beverages of V. davidii.

Keywords: lactic acid bacteria; Vitis davidii; principal component analysis; fermentation

DOI: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.04.021

中图分类号:TS275.4

文献标志码:A

文章编号:0254-5071(2026)04-0156-06

引文格式:刘俊曦, 曾璐, 张志旭, 等. 基于主成分分析法优选刺葡萄乳酸菌发酵菌株[J]. 中国酿造, 2026, 45(4): 156-161.DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.04.021. https://www.chinabrewing.net.cn

LIU Junxi, ZENG Lu, ZHANG Zhixu, et al. Screening of lactic acid bacterial strains for Vitis davidii fermentation based on principal component analysis[J]. China Brewing, 2026, 45(4): 156-161. (in Chinese with English abstract) DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.04.021. https://www.chinabrewing.net.cn

收稿日期:2025-09-25

基金项目:长沙现代食品创新研究院科研项目(ZLSSJ2186);湖南省蔬菜产业技术体系加工岗位专家项目(HARS-04-03)

第一作者简介:刘俊曦(2000—),男,硕士研究生,研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail: 1054249415@qq.com

*通信作者简介秦丹(1972—),男,教授,博士,研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail: qd7 30101@yahoo.com