来源：Investigation on off-flavor mitigation in pickled bamboo shoots via ultrasonic processing, tea polyphenol treatment, and Corynebacterium glutamicum fermentation（Food Research International）| 编译：DNA Lab Space | 原文许可：elsevier-subscription
导读
酸笋的异味限制了螺蛳粉这一中国特色米粉的消费接受度。本研究系统比较了物理（超声）、化学（茶多酚）和生物（谷氨酸棒杆菌）三种处理策略对酸笋风味的影响，通过HPLC、电子鼻、GC-IMS、GC-MS及感官评价多技术联用，揭示了各处理在异味消减中的协同与独立机制。结果显示，三种处理均显著降低关键异味化合物浓度，其中乙酸和p-甲酚的香气活性值最大降幅分别达97%和89%，为工业化风味调控提供了可行方案。
研究背景
酸笋是广西柳州螺蛳粉的核心配料。2024年柳州螺蛳粉产业链销售收入达759.6亿元，同比增长13.4%。然而，部分消费者对酸笋的刺激性气味持排斥态度。前期研究已明确p-甲酚是酸笋典型“硫磺味”或“发酵异味”的主要来源，该结论得到多项外部研究支持。p-甲酚主要经酪氨酸氧化脱羧途径生成。因此，调控酸笋的刺激性香气对拓展消费群体、提升产业经济效益具有现实必要性。本研究从物理、化学和微生物三个维度出发，系统探究酸笋风味的调控机制。
研究方法
2.1 材料
酸笋由广西螺霸王食品有限公司提供。为保障一致性并减少实验前差异，所有实验均使用同一批次商业化产品。谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）购自商城北纳创联生物技术有限公司。
2.2 菌株活化、保藏、纯度验证及菌悬液制备
在无菌环境下，对装有谷氨酸棒杆菌冻干粉（认证纯培养物，商城北纳创联生物技术有限公司）的安瓿瓶表面进行消毒，并在层流罩内开启。注入0.5 mL无菌营养肉汤（NB；Hopebio，青岛，中国）充分溶解粉末。将0.2 mL菌悬液涂布于营养琼脂（NA；AoBox，北京，中国）平板上，于30°C培养18–24 h。虽然菌株附带供应商的纯度和鉴定报告，仍进一步对单菌落进行革兰氏染色和基础生化试验以作内部验证。将验证后的单菌落接种于NB培养基中，于30°C、180 rpm振荡培养18–24 h。将首次培养物以1%（v/v）接种量转接至新鲜NB培养基中。通过每2 h测定OD600nm监测生长情况。当培养物达到对数中期（OD600nm ≈ 4）时，取样建立OD600nm-CFU相关性。具体而言，用无菌0.85%生理盐水进行系列10倍稀释，取三个重复涂布于NA平板。经30°C培养24 h后计数菌落。三次独立实验的平均值确认，在此条件下OD600nm 4对应(1.02 ± 0.15) × 10⁷ CFU/mL。细胞经离心收集（8000 r/min，5 min，4°C），洗涤两次，重悬于生理盐水中至终浓度10⁷ CFU/mL，作为发酵用工作接种液。剩余培养物与无菌70%甘油按1:1（v/v）混合，于−80°C保存作为本研究期间（一个月）的短期工作菌种。关键的是，每次发酵实验的接种液均从新鲜对数期培养物制备。冷冻菌种仅在启动新的预培养时解冻，随后培养至目标生长期。因此，未进行长期冷冻保存后的正式回收率测试，因为所有实验均使用来自单一批次新活化细胞的活跃生长期细胞。
【数据】菌株：谷氨酸棒杆菌；培养基：NB/NA；温度：30°C；时间：18–24h；转速：180 rpm；OD600nm：≈4；菌浓度：(1.02 ± 0.15) × 10⁷ CFU/mL；离心：8000 r/min、5 min、4°C；甘油保藏浓度：70%（1:1 v/v）
2.3 样品处理
茶多酚（TP）浓度（0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%）、超声时间（5、10、15、20、25 min）及功率水平（100%、90%、80%、70%、60%，对应200 W系统）均进行了评估。每次试验中，将TP溶解于100 mL纯水中，与10 g酸笋在150 mL烧杯中混合，并在指定条件下超声处理。所有样品迅速冷却，并用50 mL纯水冲洗三次。与对照组（图S1）相比，选择最优条件（2.5% TP、60%功率、20 min超声）。不含TP的对照样品以相同方式处理用于比较。
超声组样品（US）：根据预试验结果，称取2.5 g茶多酚于150 mL烧杯中，加入100 mL纯水，与10.0 g酸笋充分混合。将烧杯置于超声波清洗机中超声处理20 min，超声频率40 kHz，超声功率60 W。超声后用100 mL纯水冲洗三次。
茶多酚组样品（TP）：根据预试验结果，称取2.5 g茶多酚于150 mL烧杯中，加入100 mL纯水。充分溶解后，称取10.0 g酸笋放入其中并混匀。静置20 min后，用100 mL纯水冲洗三次。
加菌株组样品（SJ）：参照Du等（2016）的方法并加以修改，结合预试验结果，称取10.0 g酸笋置于250 mL锥形瓶中，用100 mL无菌水洗涤三次。然后加入100 mL无菌水和0.3 g碳酸氢钠；充分溶解后，加入5 mL浓度为10⁷ CFU/mL的菌悬液。将锥形瓶密封，置于恒温振荡培养箱中，于30°C、220 r/min振荡培养1 h。培养后用100 mL无菌水冲洗三次。
菌株组样品（SY）：操作步骤与SJ相同，但不添加菌株。
未处理样品（SS）：酸笋不进行任何处理。SS样品不经任何洗涤步骤直接分析，以准确代表工业产品的初始状态。所有其他样品（US、TP、SJ、SY）在各自处理后均冲洗三次，以去除残留处理剂。该冲洗步骤是处理后工艺的一部分，用于模拟实际干预操作并防止测量过程中的残留效应。
【数据】TP浓度梯度：0.5%–2.5%；超声时间：5–25 min；超声功率：60–100%（200 W系统）；最优条件：2.5% TP、60%功率、20 min；超声频率：40 kHz；超声功率：60 W；样品量：10.0 g酸笋/100 mL溶液；SJ组：0.3 g碳酸氢钠 + 5 mL 10⁷ CFU/mL菌悬液；培养条件：30°C、220 r/min、1 h
2.4 pH和总酸（TA）含量分析
使用pH计（METTLER TOLEDO FiveEasy Plus FE28，上海，中国）记录酸笋的pH值。总酸含量按照中国国家标准GB/T 12456-2021通过滴定法测定。具体而言，将均质样品的滤液用0.01 mol/L氢氧化钠（NaOH）标准溶液滴定，以酚酞（10 g/L乙醇溶液）为指示剂。滴定过程中持续搅拌，接近终点时逐滴加入NaOH溶液。终点判断标准为出现稳定淡粉色并持续至少30 s，对应pH 8.2。同时进行空白滴定。总酸含量以乳酸当量（g/L）表示，按以下公式计算：
总酸（以乳酸计，g/L）= (V₁ − V₂) × c × 0.090 × F / m × 1000
其中V₁和V₂分别为样品和空白消耗的NaOH溶液体积（mL）；c为NaOH实际浓度（mol/L）；0.090为基于乳酸的换算系数；F为稀释因子；m为测试样品质量（g）。
【数据】NaOH浓度：0.01 mol/L；酚酞指示剂：10 g/L乙醇溶液；终点pH：8.2；终点判定：稳定淡粉色持续≥30s
2.5 有机酸（OAs）分析
采用高效液相色谱仪（HPLC）（Agilent Technology 1260 Infinity II，加利福尼亚，美国）配紫外检测器对有机酸进行定量。检测方法与前期研究一致（Zhang等，2024）。使用表S1提供的标准曲线评估各有机酸浓度。
【数据】仪器：Agilent 1260 Infinity II HPLC-UV；定量方法：标准曲线法（表S1）
2.6 电子鼻（E-nose）分析
采用PEN3.5电子鼻测定酸笋中的挥发性风味化合物，方法参照前期研究（Zhao，2023）。将1.0 g酸笋置于20 mL顶空瓶中，于25°C平衡30 min后进行电子鼻测试。测试参数如下：样品采样间隔1 s，传感器自动清洗180 s，传感器调零5 s，进样流速600 mL/min，测试时长60 s。每组样品测量三次。PEN3.5电子鼻装置中十个传感器对应的敏感化合物类型见表S2。
【数据】样品量：1.0 g；平衡温度：25°C；平衡时间：30 min；采样间隔：1 s；清洗时间：180 s；调零时间：5 s；进样流速：600 mL/min；测试时长：60 s；重复次数：3次
2.7 挥发性谱分析
#### 2.7.1 GC-IMS分析
GC-IMS仪器（FlavourSpec®，Gesellschaft für Analytische Sensorsysteme mbH，多特蒙德，德国）配备自动进样器（CTC Analytics AG，Zwingen，瑞士）和MXT-WAX毛细管柱（30 × 0.53 mm，1.0 μm），用于检测所有酸笋样品的挥发性物质。检测方法与前期研究一致（Zhang等，2024）。分析时，将2 g样品置于20 mL顶空玻璃瓶中。
【数据】仪器：FlavourSpec® GC-IMS；色谱柱：MXT-WAX（30 × 0.53 mm，1.0 μm）；样品量：2 g；顶空瓶：20 mL
研究结果
3.1 处理对酸度和有机酸谱的影响：抑制、代谢转变与中和
处理通过不同机制策略性地调控了酸笋的基础酸度：微生物抑制、代谢途径改变和化学中和。如表1所示，茶多酚处理组（TP和US组）的pH值显著高于未处理组（SS组），总酸含量显著低于SS组（P < 0.05）。这是茶多酚广谱抗菌活性的直接结果——其抑制了主导产酸的乳酸菌（LAB）。该发现与乳酸菌作为蔬菜发酵主要产酸菌的既有认知一致（Zhang等，2023），但证明多酚干预可有效减缓这一过程。US组的增强效应（pH高于TP组）提示了一种协同机制：超声空化作用改善了茶多酚的分散性和生物利用度，从而实现更有效的微生物抑制——这种协同作用在食品保藏研究中已有报道（Lepaus等，2023）。
与微生物抑制不同，SJ和SY组采用了化学策略。这两组pH值显著升高主要源于碳酸氢钠对积累有机酸的中和作用。然而，SJ组pH值略高于SY组，提示存在附加的生物活性。研究推测，接种的谷氨酸棒杆菌开始代谢消耗有机酸——这一特性在其工业氨基酸合成应用中已被利用（Zahoor等，2012）。短处理窗口内总酸含量无显著差异，表明酸降解已启动但未完成，凸显了这种生物缓解策略的时间依赖性。
特定有机酸（OAs）的分析揭示了深刻且处理特异性的代谢转变，超越了简单的酸定量。茶多酚处理（TP/US）显著抑制了大多数有机酸，包括乳酸和乙酸，与LAB代谢被广泛抑制一致。然而，一个引人注目且新颖的发现是苹果酸的矛盾性大量增加（从80.74增至>4300 mg/kg）。研究假设茶多酚选择性抑制了LAB的下游发酵途径，造成代谢瓶颈，使碳通量转向苹果酸合成——这可能是微生物系统的应激反应（Chen, Yu等，2023）。这一发现值得未来进行代谢组学研究。US组有机酸浓度高于TP组，可能归因于超声诱导的细胞裂解释放了胞内酸库，这一物理效应在其他发酵产品中已有记载（Türkol等，2024）。
菌株处理组（SJ/SY）引起了最剧烈的有机酸谱变化。草酸大幅减少（约90%）和乳酸大幅降低（SJ组>96%）凸显了pH变化和微生物竞争的双重效应。草酸的近乎消除对食品安全意义重大，因为高膳食草酸是健康隐患（Shi等，2022）。SJ组乳酸含量（168.95 mg/kg）显著低于SY组（497.77 mg/kg），为谷氨酸棒杆菌消耗乳酸的作用提供了直接证据，支持其作为功能性脱酸发酵剂的用途（Seletzky等，2006）。琥珀酸（TCA循环中间体）的急剧下降进一步表明这些处理条件下中心碳代谢发生了整体转变（Rezaei等，2015）。值得注意的是，柠檬酸在所有处理中保持稳定，区别于代谢动态调控的乳酸和乙酸，在这些实验条件下表现为代谢惰性终点。
【数据】TP/US组：pH显著升高、总酸显著降低（P < 0.05）；苹果酸：80.74→>4300 mg/kg；草酸降幅：约90%；乳酸降幅：SJ组>96%；SJ组乳酸：168.95 mg/kg；SY组乳酸：497.77 mg/kg
3.2 电子鼻与PCA：挥发性谱的快速判别
电子鼻分析提供了高通量的感官图谱，确认每种处理都创造了独特的挥发性指纹。雷达图（图1A、B）中SS组与所有处理组明显分离。一个关键的一致性发现是SS组在W1W传感器（对硫化物/萜烯敏感）上响应值高，这与传统酸笋中这些物质为主导气味化合物的报道一致（Zhao，2023）。所有处理均显著降低了W1W信号，表明其在调控这些特征性且通常强烈的挥发性化合物方面的有效性。US和TP谱图的紧密聚集提示它们对整体挥发性组合的影响相似，可能源于共同的抗菌机制。相反，SJ和SY组虽然都与SS不同，但彼此也存在差异，尤其在W5S传感器（氮氧化物）上，表明微生物添加（SJ）引入了物理振荡（SY）单独无法实现的独特挥发性维度。
电子鼻数据的主成分分析定量验证了这些判别。PCA得分图（图1C、D）中的清晰分离，累计方差解释率>99%，表明处理引起了整体挥发性特征上统计学稳健的差异。这种快速电子鼻筛选有效确认了干预措施的宏观影响，为后续GC-IMS和GC-MS的深入化合物鉴定提供了依据。
【数据】PCA累计方差贡献率：>99%；W1W传感器：SS组响应值最高；W5S传感器：SJ与SY差异显著
3.3 挥发性化合物综合分析：GC-IMS与GC-MS的互补见解
为阐明具体的挥发性变化，研究采用了两种互补技术：GC-IMS用于高挥发性化合物，GC-MS用于更广泛的鉴定和定量。这种多方法联合提供了风味化学的整体视角。
#### 3.3.1 GC-IMS分析：可视化高挥发性化合物的差异
GC-IMS对高挥发性分子敏感，提供了处理影响的可视化指纹。地形图和差异图（图2）提供了直观证据，表明所有处理都深刻改变了相对于SS组的挥发性景观。为增强比较分析，采用了三维（3D）图的俯视图（保留时间：100–1000 s；漂移时间：1.0–1.5相对RIP）。通过从SS参考中减去测试样品（US、TP、SJ、SY）的色谱图生成差异图谱。在这些图中，白色背景表示与参考相比挥发性有机化合物（VOC）浓度相同，蓝色和红色信号分别表示浓度降低和升高。
SS组与US和TP组之间观察到显著的VOC差异（图2C）。相反，US和TP组表现出高度相似的挥发性谱。同样，SS与SJ/SY组之间存在显著差异（图2D），但SJ和SY谱图之间表现出显著相似性。
GC-IMS分析鉴定出49种挥发性组分，对应75种不同化合物（表S4），分类如下：酚类（1种）、有机酸（4种）、醇类（15种）、醛类（21种）、酮类（8种）、酯类（12种）、呋喃类（1种）和其他挥发性物质（17种）。不同化合物数量（75）高于组分数量（49）的原因是IMS能够分离同一分析物的异构体和不同离子簇（如单体和二聚体）。值得注意的是，醛类、醇类和酯类在检测到的化合物中占主导地位，是酸笋中最丰富的挥发性类别。这一分布与前期研究结果一致（Guan等，2020；Zhang等，2024）。这些气味活性化合物的优势对香气形成至关重要，因为其低感觉阈值使其能够显著贡献于整体风味感知。
【数据】GC-IMS鉴定：49种组分、75种化合物；酚类1种、有机酸4种、醇类15种、醛类21种、酮类8种、酯类12种、呋喃类1种、其他17种；保留时间：100–1000 s；漂移时间：1.0–1.5
讨论与解读
本研究系统阐明了物理（超声）、化学（茶多酚）和生物菌株（谷氨酸棒杆菌）处理调控酸笋风味的机制。理化分析表明，所有处理组（US、TP、SJ、SY）的pH值均高于未处理组（SS），总酸含量更低。有机酸代谢组学分析显示，处理组的草酸、乳酸、乙酸和琥珀酸含量显著低于SS组。茶多酚处理组苹果酸含量升高，而柠檬酸在各组间无显著差异。
挥发性化合物谱分析采用电子鼻结合PCA（累计贡献率>99%）和多维联用技术（GC-IMS/HS-SPME-GC-MS），证实：US/TP组显著降低了硫化物/萜烯含量及关键异味化合物的香气活性值（OAV）（如乙酸OAV从302.31降至36.15–84.62；p-甲酚OAV从147,375.00降至85,375.00–136,583.33）；SJ组将乙酸和p-甲酚的OAV分别降低97%和89%，同时增加了理想风味化合物。综上，物理、化学和菌株干预均显著调控了酸笋的风味谱和整体品质，其中微生物方法展现出独特优势。
编译者解读
本研究的方法学亮点在于"三管齐下"的比较设计——同一基质上并行验证物理、化学和生物三种干预策略，并辅以多平台风味分析交叉验证。从合成生物学应用视角看，谷氨酸棒杆菌作为食品级工业菌株用于脱酸和异味消减，展示了"代谢转化"替代"物理掩蔽"的可行性，为传统发酵食品风味精准调控提供了可放大的生物工具。然而，苹果酸异常积累的机制仍属推测，需代谢流分析加以验证；且实验为批次处理，连续化生产工艺与菌株安全性评估尚待跟进。
参考来源
Zhang X. Investigation on off-flavor mitigation in pickled bamboo shoots via ultrasonic processing, tea polyphenol treatment, and Corynebacterium glutamicum fermentation. Food Research International, 2026. DOI: 10.1016/j.foodres.2026.118747
DOI: 10.1016/j.foodres.2026.118747