《食品科学》：华南农业大学杜冰教授等：姜汁辅助益生菌发酵对天麻风味特性及品质的影响

天麻（

Gastrodia elata

发酵是有效改善食品风味的加工方法之一，可提高天麻多酚、总黄酮以及HBA等活性成分的含量，减少天麻不愉快气味并赋予其果香味。姜制天麻是古代对天麻的一种加工炮制技术，能提高天麻的有效成分如GAS的含量及抗氧化活性等。采用姜汁辅助益生菌发酵，是将天麻的传统炮制方法和现代加工方法结合的一种创新加工方法，该课题组前期研究发现，采用姜汁辅助益生菌发酵天麻，相比于未发酵与单独益生菌发酵的天麻，能够显著提高天麻中HBA、多糖和总酚活性成分的含量。

华南农业大学食品学院的沈欣妍、赖岚玉、杜冰*等以活性成分含量、感官评分、电子鼻响应值和挥发性化合物为指标，评价姜汁辅助益生菌发酵工艺对天麻风味的影响，为发酵姜天麻（FGEG）产品开发提供一定的参考价值，以期为天麻在食品工业领域进一步发展提供支持。

1 FGEG主要活性成分GAS和HBA的含量

由图2可知，发酵第3天FGEG的GAS和HBA含量均有一定程度的上升，其中HBA的含量随着发酵时间的延长而逐渐上升，并在第9天达到最高值，高度显著高于发酵第0天的FGEG。而GAS的含量则呈现出非稳态波动特征，可能与GAS经微生物作用后，分解产生HBA与巴利森苷等小分子物质，同时其体内其他微生物和自身代谢途径如苯丙氨酸代谢途径可能产生GAS合成底物，促进GAS的合成有关。GAS含量分别在第3、9天达到较高值，但整体与F0D组无显著差异（P＞0.05）。GAS和HBA是天麻的主要功能活性成分，有研究表明，经复合益生菌发酵的姜天麻较未发酵的样品，可使秀丽隐杆线虫寿命延长（≥28.12%），提高机体的抗氧化能力，其作用机制与HBA含量提升相关。本研究中F9D组样品兼具高水平的GAS和HBA，推测在这种情况下F9D样品可能具有良好的抗氧化活性。

为验证辅料与菌粉对有效成分的影响，本研究对未发酵姜汁、发酵姜汁及放置对照样进行了对比，结果如表3所示。姜汁和发酵姜汁都未检出GAS和HBA，而未添加菌粉的姜汁天麻混合物在放置第7天和第11天GAS和HBA的含量均比F0D极显著降低（ P ＜0.01、 P ＜0.001），可能因为益生菌通过抑制天麻中内源酶的降解作用，减缓HBA和GAS的降解。这些结果表明，姜及其发酵产物中并不含有天麻的主要活性成分，且益生菌发酵与FGEG的GAS和HBA含量增加有关。

2 FGEG的色泽指标分析

由图3可知，随着放置时间的延长未经发酵处理的姜天麻色泽逐渐加深；而经过发酵处理的姜天麻色泽则保持相对稳定，未出现明显的色泽波动。由图4可知，随着发酵时间的延长，两组的BI由第0天无显著差异（P＞0.05），到第3天上升至差异极显著（P＜0.01），并逐步升至差异高度显著（P＜0.001）。结果表明，发酵处理能有效抑制姜天麻的褐变现象，这与之前研究使用相同菌株应用于山药护色的结果相吻合。陈大卫等采用Streptococcus thermophilus grx02、L. plantarums 7和Lactobacillus helveticus Lh100-1混合发酵也可有效保持胡萝卜汁色泽，进一步证实发酵技术在抑制食品褐变方面的有效性。

3 FGEG风味分析

3.1 气味感官评价分析

为探究发酵姜天麻与其他样品感官之间的差异性，本研究对不同发酵时间的姜天麻与GE、GEG样品的气味感官评价得分进行分析。由图5可知，气味得分从高到低依次为F9D、F11D、F7D、F5D、F3D、GEG、GE组。进一步分析发现，GEG组气味得分显著高于GE组，且所有FGEG组的气味得分均高于GE组和GEG组。

研究表明，姜汁辅料协同益生菌发酵工艺可有效消减天麻中特征性不良气味成分，其作用机制可能与挥发性有机物的代谢调控有关。有研究表明，姜汁的引入能改善厚朴、牡蛎酶解液及武昌鱼的不良气味并丰富其风味物质。此外，发酵是改善食品风味的常用方法，采用红茶菌、嗜酸乳杆菌及植物乳植杆菌-酵母的复配菌对天麻进行发酵，均能有效改善天麻的香气特性，降低不良风味。上述研究结果进一步验证了本实验采用姜汁作为辅料结合益生菌发酵天麻工艺的有效性，表明该工艺能够在一定程度上显著改善天麻的感官品质，赋予FGEG独特的风味特征。

3.2 电子鼻分析

为探究不同发酵时间姜天麻及其对照组整体风味的差异，本研究利用电子鼻对不同发酵时间的姜天麻与GE、GEG、JJ样品的挥发性成分进行主成分分析（PCA）。如图6A所示，在载荷分析中对PC1组成贡献较大的是W5S、W1W、W2W传感器，而在PC2中W1W和W1S传感器贡献较为显著。由图6B可知，PC1和PC2的方差贡献率分别为93.29%和5.40%，累计方差贡献率达到98.69%（＞85%），表明这2 个PC能够较好地反映样品气味的原始数据信息。结合载荷分析结果可知，相较于GE、GEG、JJ样品，FGEG样品在PC1、PC2的含量有所降低，表明发酵过程中天麻的氮氧化合物、硫化物和甲基类化合物含量均有所降低。研究表明，天麻的不良气味可能源于有机硫化物和甲基类化合物（如二甲基二硫醚、2,3,5,6-四甲基吡嗪），因此发酵能在一定程度上改善天麻的不良气味。其中不同发酵时间的FGEG样品与GE、GEG和JJ样品，在PCA图中无重叠且相距较远，说明它们在风味组成上存在较大差异，可能与发酵中微生物相互作用导致风味化合物的种类和浓度发生变化有关。另外，F5D和F7D样品之间有部分重叠区域，表明这2 组样品的风味相近。

3.3 GC-MS结果分析

电子鼻虽然能够有效区分不同发酵时间的姜天麻及其对照组在整体风味属性上的差异，但无法进一步解析具体风味物质的种类及含量变化。为更准确地阐明发酵过程中姜天麻的特征香气组成，本研究采用GC-MS技术对不同发酵时间的姜天麻及其对照组进行挥发性成分分析。共鉴定到106 种香气成分，包括醇类27 种、醛类4 种、酮类2 种、酯类10 种、酸类2 种、萜烯类56 种以及其他类化合物。

为了从整体上比较不同发酵时间FGEG样品与对照样品的挥发性成分差异，本研究选取50 个共有香气组分作为变量，利用偏最小二乘判别分析（PLS-DA）对样品进行区分，结果如图7A所示。模型评估参数R2x、R2y均高达0.996且Q2为0.988，说明该模型拟合度和预测能力均较好。样品间在主成分空间的分布表明，不同发酵时间FGEG样品的风味既存在相似性也有明显差异；而对照组样品（GE、GEG、JJ）与FGEG样品分散度较大，表明发酵过程对天麻香气具有显著的重塑作用，且JJ样品与FGEG样品聚类差异明显，揭示微生物代谢在风味调控中的核心地位。图7B的置换检验结果则排除了模型过度拟合的可能性，说明PLS-DA模型具有良好的可靠性。通过变量投影重要性（variable importance in projection，VIP）分析，筛选出27 种VIP＞1的差异性风味化合物（图7C），可作为区分不同发酵时间姜天麻与对照样品的重要判定指标。对各样品主要挥发性物质的种类、含量及其动态变化趋势进行分析，结果如表4与图8所示。结果表明，姜汁辅助益生菌发酵能够显著重塑天麻的香气组成谱。

通过GC-MS定性定量分析，在各发酵时间的FGEG样品中均能检出β-红没药烯、α-姜烯、(＋)-柠檬烯、(＋)-7-外消旋-半萜烯、(E)-β-金合欢烯、芳樟醇、反式-橙花叔醇、桉叶油醇和α-菖蒲醇等16 种特征成分。GE、GEG样品中不良气味相关的醛类和部分烯类含量相对较高；而FGEG中这类不良气味物质的含量逐步下降，同时总体挥发性成分的种类和含量均呈上升趋势，使FGEG整体表现出更加丰富且清新的复合香气。其中，(＋)-柠檬烯、(＋)-7-外消旋-半萜烯、反式-橙花叔醇和β-红没药烯等具有柑橘、草本、木质及花香的化合物含量显著提高。

由表5可知，FGEG中的烯类物质含量最高，其次是醇类，说明二者对于发酵后天麻的挥发性香气形成至关重要。烯类化合物在发酵过程中呈现波动性变化，一方面可能作为酯化反应的前体生成多种酯类，另一方面益生菌亦可通过甲羟戊酸途径合成新的萜烯类物质。在众多烯类化合物中，β-红没药烯的含量最高且随发酵时间的延长波动上升，可能与姜汁发酵所提供的前体或酶促环境有关。α-姜烯在FGEG发酵期间呈现波动性变化，发酵后期FGEG较GEG含量有所降低，推测其受到酶促转化而形成其他具有清香或果香气味的化合物，从而弱化了姜天麻的辛辣刺激感。此外，相比GEG对照组，FGEG的莰烯（樟脑丸气味）含量更低，也从侧面反映出其在酶作用下发生转化，生成乙酸龙脑酯等清凉香气成分，提高发酵产物的风味品质。

在发酵前期FGEG的醇类化合物含量随着微生物对糖类等底物的分解而迅速上升，中后期则有所下降，可能因为后续酯化或其他次级代谢反应将部分醇类进一步转化成酯类或其他香气成分。其中，芳樟醇（薰衣草、玫瑰气味）与反式橙花叔醇（花香、木质气味）在FGEG中的含量占比较高，构成了发酵样品的重要花香特征。芳樟醇含量在发酵中期达到峰值，而反式-橙花叔醇含量相对稳定，表明其具备较强的耐发酵能力。

酯类作为发酵食品香气的重要呈香载体，在FGEG中整体先上升后略有下降，乙酸香叶酯、乙酸香茅酯和乙酸龙脑酯等萜烯酯类占比较高，赋予FGEG显著的清凉、果香气味。其中，乙酸香叶酯在发酵后期消失，推测与酯酶介导的水解过程有关。酚类由于阈值较低，对天麻最终感官风味的影响更为突出。FGEG中的间甲基苯酚等刺激性酚类在发酵后期含量骤增，可能与苯丙氨酸等代谢途径的激活有关。如果发酵时间过长，不仅会损耗芳樟醇、乙酸香叶酯等有益香气成分，还会导致酚类衍生物的过度累积，产生不良感官体验，因此对发酵时间的控制至关重要。综合分析，姜汁辅助益生菌发酵5～9 d的天麻可获得较好的风味品质，说明通过优化发酵工艺可实现对天麻香气的精准调控。

综上所述，GC-MS分析清晰地揭示了FGEG在烯类、醇类、酯类和酚类等挥发性成分上的动态变化特征，表明益生菌发酵结合姜汁辅料能够有效提升和重构天麻的整体香气品质；与此同时，适宜的发酵时间也是实现风味调控的关键因素。本研究可以为姜天麻发酵风味优化提供重要的理论依据和数据参考。

4 结论

本研究对比分析不同发酵时间的FGEG样品与其他对照样，对其活性成分、感官品质和挥发性化合物进行分析。结果表明，相较于未发酵的姜天麻样品，姜汁辅助益生菌发酵能显著提升天麻中GAS和HBA的含量，同时能有效抑制姜天麻的褐变现象，保持其原有的色泽。对各样品的气味进行感官评价，FGEG表现出独特风味，且其气味接受度高于鲜天麻和姜天麻。通过GC-MS技术共检测到各样品有106 种挥发性化合物，在发酵过程中FGEG的挥发性化合物谱发生显著重构，醛类和烯类中不良气味的物质含量有所下降，而具有香味的酯类等物质含量则有所增加。这一变化不仅赋予FGEG独特的香气特征，还有效改善了天麻原有的不良气味，提升了其整体的感官品质。本研究证实采用姜汁辅助益生菌发酵技术能显著提高天麻的活性成分含量，抑制褐变现象，并改善其风味特性，有望为天麻产品及其他药食同源资源的高值化利用提供创新工艺路径。然而，关于其发酵过程中微生物群落和风味物质的相关性机理仍需进一步研究，以实现风味化合物的定向调控，进一步提高发酵天麻的品质。

作者简介

通信作者：

杜冰，教授，博导。国家中药材产业技术体系加工岗位科学家，全国农业专业学位食品加工与安全领域分委会委员，广东省南药（广陈皮）产业技术体系岗位专家，国家特殊医学用途配方食品注册审评咨询专家，广东省药学会第十届中药专业委员会副主任委员，广东省毒理学会常务理事，广东省微生物学会常务理事。有担任企业技术总监和地方政府挂职经历，产学研合作经验丰富，长期给国内外企业进行咨询和技术服务。2017年组建成立“新资源食品与功能性原料评价及研究中心”，在新资源食品开发，中草药现代化炮制技术、活性成分的功能性评价，保健食品及日化健康产品开发等方面有良好的研究应用基础和成果。

本文《 姜汁辅助益生菌发酵对天麻风味特性及品质的影响 》来源于《食品科学》2025年46卷第16期255-264页，作者： 沈欣妍, 赖岚玉, 黄俊源, 王曙, 李璐, 黎攀, 杜冰 。DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20250115-112 。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：安宏琳；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网