《食品科学》：高雁研究员、赵仲凯副教授等：新疆传统发酵食品中乳酸菌的分离筛选及其在发酵奶疙瘩后的非靶代谢组学分析

乳酸菌因其益生特性及对人体健康的积极作用，在食品、医药等领域得到广泛的应用。在发酵乳制品中，乳酸菌不仅是重要的发酵剂，还能实现营养与风味的双重提升，如Ning Jianting等筛选了2 株具有高蛋白酶活性的乳酸菌用于驴奶发酵，在发酵过程中会产生大量具有抗炎活性的生物活性肽；Zhang Zongcai等使用2 株具有强效血管紧张素转换酶抑制活性和抗氧化活性的乳酸菌用于山羊奶的发酵等。

我国的传统奶酪有很多种，主要通过酸凝形成，其中包括新疆的特色奶酪——奶疙瘩。奶疙瘩作为新疆特色传统食品，保留了牛乳中的矿物质和维生素，并随着牛乳中乳酸菌的加入，使其风味得到了提升，丰富了其中的营养价值及益生功能。奶疙瘩目前的研究主要集中在以下几个方面：1）微生物多样性分析：新疆各地区样品中优势细菌属为乳酸杆菌属、链球菌属、乳球菌属等，优势真菌属为毕赤酵母属、曲霉属等。2）乳酸菌的分离筛选：已分离获得多株性能优良的乳酸菌，应用于发酵剂研制、杏酱发酵及抗衰老、降胆固醇等活性研究。3）工艺优化及产品开发：通过工艺优化改善传统奶疙瘩偏硬、偏酸以及适口性差等问题；基于奶疙瘩酶解液开发活性肽口服液；以新鲜牛乳配伍红曲研制红曲奶疙瘩等。4）风味物质解析：其挥发性化合物以酯类、酮类、酸类为主，代表性化合物有丁酸、己酸、癸酸乙酯等。

枸杞作为传统药食同源植物，具有抗炎、抗氧化及神经保护等作用，随着养生需求增长，其质量与药效研究日益受到重视。新疆也是枸杞的重要产区之一，新疆的精河县在1998年获得“中国枸杞之乡”的称号。因此，本研究将新疆特色乳制品与枸杞结合，实现奶产品多样化，以丰富市场，并通过非靶代谢组学解析其关键代谢产物及形成代谢通路。代谢物是一种小分子化学物质（＜1 500 Da），是生物信号传导过程的最终产物。基于液相色谱-质谱（LC-MS）的非靶向代谢组学技术可全面解析生物体系中的代谢物组成，识别组间差异代谢物并阐释其生物学意义。该技术不仅可用于解析样品代谢特征，还可通过识别特定生物标志物实现食品真伪鉴别等应用。

新疆大学智慧农业学院（研究院）的汪琪、赵仲凯*，新疆维吾尔自治区农业科学院微生物研究所的高雁*等人采用传统分离培养和生物学鉴定的方法，从新疆地区的传统发酵食品中分离出食品可用乳酸菌，并对其耐酸、耐胆盐及抗氧化等特性进行分析。根据其凝乳特性、感官评分及抗氧化效果，选择部分菌株进行不同工艺奶疙瘩的制作，并使用非靶向代谢组学分析不同工艺下奶疙瘩的差异代谢物及差异代谢通路，以期丰富在新疆独特气候、地理环境下的微生物资源及其在奶疙瘩中的运用，为新疆特色奶疙瘩的开发和利用提供参考。

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乳酸菌的分离鉴定

根据传统菌株分离培养方法，使用3 种培养基（MRS琼脂培养基、GYP琼脂培养基、M17琼脂培养基）对9 种样品的乳酸菌进行分离。其中，根据菌落形态、大小、颜色等采用平板划线法对不同菌株进行纯化，并进行H2O2酶实验及生理学鉴定。通过生理学鉴定结果，并结合食品可用菌株名单，最终获得13 株食品可用菌株。菌株的基因序列同源性分析结果如表2所示，根据16S rRNA序列与BLAST同源比对，将鉴定结果构建系统发育树，如图2所示。其中，LY3、LY4为发酵粘液乳杆菌，HM4、NC2、FY8为戊糖片球菌，HM6为嗜热链球菌，JY4、JY9为乳酸乳球菌，SGY1、SGY5、NC1、NC6、NC10均为植物乳植杆菌。

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乳酸菌的耐酸及耐胆盐特性分析

益生菌通过调节肠道微生物群的组成及其代谢产物的活性，进而影响宿主的生理状态。然而，在空腹状态下人体胃液的pH值通常在1～3.5之间，进食后pH值会逐渐上升；十二指肠、小肠、结肠等的pH值更接近于中性。这使得益生菌想要发挥益生作用就必须具有一定的耐酸性。如图3所示，在不同pH值条件下，前2 h的各菌株均有较高的存活率，当培养4 h时仅有LY3在pH 2.5和pH 3.5条件下的存活率低于40%。这可能是由于乳酸菌早期会通过多种机制维持细胞内pH值平衡以抵御酸胁迫，但维持稳定的pH值需消耗能量，因此在后期细胞内的酸碱环境被破坏后，菌株相对存活率也开始下降。食物在胃中的消化时间一般为4～6 h左右，因此，这些菌株均具有一定的耐酸性。在各pH值条件下，NC10在前4 h均有较高的存活率，表现出较好的耐酸性。

人体中小肠胆盐含量通常为0.03%～0.30%。益生菌在0.3%胆盐条件下的生存能力具有生理意义，因为该条件相当于人体肠道中的正常胆盐水平。如图4所示，在0.1%胆盐条件下菌株存活率均较高，除FY8外，其余菌株在24 h时均表现出不同程度的生长，菌株NC10在24 h时的存活率最高。在0.3%和0.5%胆盐条件下，各菌株的存活率均出现不同程度的下降，而菌株HM4和HM6在24 h时的存活率均高于其他菌株，具有较好的胆盐耐受性。

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乳酸菌的凝乳特性分析

理想的凝乳应质地均匀、富有弹性，且凝乳时间需严格控制，凝乳时间过长会适得其反，影响发酵乳品质并导致乳清分离。枸杞添加量对乳品质有着显著的影响，添加量过多会影响酸奶质地及风味。因此，本研究枸杞粉添加量确定为1%。乳酸菌在灭菌牛奶及灭菌牛奶+1%枸杞粉中的凝乳情况见表3，其感官评分见图5。在牛奶中，24 h时仅有6 株菌凝乳，分别是HM4、HM6、JY4、JY9、NC1和NC10。不能凝乳的原因有许多，比如天冬氨酸合成缺陷、嘌呤代谢缺陷、寡肽转运系统的缺失等。由表3可知，在牛奶中未凝乳的pH值均较高，这也可能是乳酸菌在牛奶中产酸不足导致未凝乳的主要原因。在添加枸杞的牛奶中，乳酸菌在24 h时均出现凝乳现象。这可能是由于枸杞中含有多糖及膳食纤维，如Fan Xiankang等发现枸杞膳食纤维可以有效改善酸奶质构，而多糖可以作为酸奶的增稠剂。虽然与纯牛奶发酵相比，添加枸杞的牛奶中均出现凝乳，但其组织结构差人强意，这也说明添加枸杞并不能完全改变菌株的凝乳特性。由图5可知，部分乳酸菌发酵样品的感官评分较低，主要原因是形成了不良风味，这可能与菌株本身特性有关，如乙醛含量不足，或通过酶促反应将氨基酸转化为异味化合物。此外，Xie Han等研究发现，使用植物乳植杆菌发酵枸杞汁也会产生苦味氨基酸（如色氨酸、赖氨酸等）。在牛奶基质中，HM4、HM6和JY4组的感官评分较高；在牛奶+1%枸杞粉基质中，HM4、HM6和NC1组的感官评分较高。

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乳酸菌的抗氧化活性分析

乳酸菌具有天然的抗氧化活性，可以清除活性氧，保护细胞免受氧化损伤，其抗氧化机制涉及多个方面，主要包括激活信号通路、诱导酶/蛋白、形成结合系统、产生生物分子等，在食品、医药领域有着广泛的应用前景。如图6所示，大部分乳酸菌的DPPH自由基清除率高于VC对照。其中，JY4和NC1的DPPH自由基清除率最高，分别为91.17%和91.13%，而SGY5最低，为70.65%。在超氧阴离子自由基清除率中，所有菌株均低于VC对照。在所有菌株中，NC1的超氧阴离子自由基清除率最高，达到18.60%，LY3最低，为8.24%。综合DPPH自由基清除率和超氧阴离子自由基清除率可知，菌株JY4、NC1、HM4、HM6的抗氧化活性较好，优于其他菌株。

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非靶代谢组学分析

优先考虑菌株凝乳特性及感官评分，并结合抗氧化活性分析，选择菌株JY4、NC1、HM4、HM6进行奶疙瘩的制作。根据实验室前期单混菌发酵实验结果，使用菌株JY4、HM6制作原味奶疙瘩（YW）及枸杞添加型奶疙瘩（TJ）；使用菌株NC1、HM4制作枸杞混合发酵型奶疙瘩（HH）。将得到的3 款奶疙瘩与市售原味奶疙瘩（SY）进行非靶代谢组学分析。

5.1 代谢物分类情况及主成分分析（PCA）

在正、负离子模式下4 组样品分别鉴定出代谢物1 378、1 367 个。如图7所示，正、负离子模式下主要的代谢物分类均为脂质和类脂分子（正离子模式：34.11%；负离子模式：34.09%）、有机酸及其衍生物（正离子模式：23.37%；负离子模式：15.87%）和有机杂环化合物（正离子模式：14.88%；负离子模式：15.14%）。如图8所示，在正、负离子模式下YW、TJ、HH和SY组的4 个重复样本聚集在一起，表明数据结果的重现性和可靠性较高；4 组样品组间距离较远，说明4 组样品差异显著。在正、负离子模式下，PC1、PC2的累计方差贡献率分别为65.51%和70.79%，这说明基本包含了酸奶样品的绝大部分信息。质量控制（QC）样本聚集在一起，说明整个检测过程稳定性好，数据质量高。

5.2 差异代谢物分析

以变量投影重要性（VIP）＞1.0、差异倍数（FC）＞1.5 或FC＜0.667且P＜0.05为条件筛选差异代谢物。差异代谢物火山图及差异代谢物在三级化合物分类中排名前10的化合物结果如图9、10所示。将三级化合物分类出现次数进行统计发现，碳水化合物及其结合物，氨基酸、肽及其类似物和脂肪酸及其结合物是差异代谢物的主要类别（图11）。这些代谢物通常被认为与奶酪的风味及质量相关，因为它们是奶酪风味的前体。其中，碳水化合物及其结合物是生物体不可或缺的组成部分，除作为能量来源外，还在维持生物结构和执行多种生理功能方面发挥着关键作用；氨基酸、肽及其类似物主要由食物中的蛋白质经酶水解和微生物发酵产生，具有抗衰老、抗氧化、抗菌等功能，并能提升食品风味，在食品领域具有巨大应用潜力；脂肪酸及其结合物不仅是机体重要的能量来源，更是调节代谢、免疫、炎症和细胞信号的关键分子。

5.3 不同比较组中的差异代谢物分析

根据各个比较组中上、下调情况，选取了VIP值最高的差异代谢物，结果如表4所示。将这些差异代谢物进行分类，并对部分代谢物进行解释。1）氨基酸与肽类衍生物：γ-L-谷氨酰-γ-L-谷氨酰-L-甲硫氨酸是谷胱甘肽前体，通过增强谷胱甘肽合成而发挥重金属解毒及抗氧化等功能；亮氨酰脯氨酸则与血糖代谢相关；DL-S-烯丙基半胱氨酸作为大蒜活性成分，能够有效对抗心肌缺血再灌注损伤，通过上调谷胱甘肽水平和谷胱甘肽还原酶活性增强心脏的抗氧化防御系统。2）植物源次生代谢物：二乙酰氧基-6-姜二醇通过抑制NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3炎症小体活性和细胞焦亡，保护髓核细胞外基质，从而延缓椎间盘退变的进程；1-咖啡酰奎宁酸属于咖啡酰奎宁酸类化合物，其中单咖啡酰奎宁酸具有较高的抗氧化活性；肠内酯作为木脂素肠道代谢物，通过选择性激动雌激素受体β降低绝经后乳腺癌死亡率。3）脂质类化合物：δ-癸内酯不仅是一种高价值香精香料，还可用于害虫防治；猪苓酮A具有作为天然抗痛风功能食品成分的潜力，对黄嘌呤氧化酶具有高亲和力，能有效抑制其活性；4-羟基己酰肉碱可作为中链羟基酰基肉碱代谢紊乱的潜在生物标志物；β-萘黄酮可显著逆转H2O2诱导的SH-SY5Y细胞活力下降，减轻氧化应激损伤，且与α-萘黄酮联用具有协同神经保护作用；O-(11-羧基十一酰)肉碱被视为一种潜在的代谢标志物，可能反映了对细胞脂质代谢和能量稳态的积极调节作用；甘油磷酸肌醇是一种天然存在的磷脂酰肌醇代谢产物，在炎症反应的调节中发挥重要作用。4）特殊功能分子：喷昔洛韦是泛昔洛韦的活性代谢产物，通过抑制病毒DNA聚合酶阻止病毒DNA的复制，具有显著的抗病毒活性。

5.4 差异代谢通路分析

根据比较组中的代谢通路进行KEGG二级分类，其Top 5分类结果如图12所示。奶疙瘩样品中的代谢通路主要集中在次生代谢产物的生物合成、脂质代谢、氨基酸代谢、碳水化合物代谢等。代谢通路的二级分类结果与上述差异代谢物分类结果基本一致。王雅洁等采用宏基因组学分析奶疙瘩样品时，其eggNOG功能注释主要为翻译、核糖体结构与生物合成、氨基酸转运和代谢、复制、重组和修复、碳水化合物转运和代谢以及核苷酸转运和代谢，这与本研究代谢通路的功能高度一致。

将不同比较组中筛选出的差异代谢物与KEGG数据库匹配，获取其参与的代谢通路信息，并绘制KEGG通路气泡图（展示排名前20的通路），结果如图13所示。在HH vs TJ中，正负离子模式主要富集的代谢通路是次级代谢产物生物合成、核苷酸代谢等。由图10可知，HH和TJ的主要差异代谢物分类均是氨基酸、肽及其类似物，但TJ组中的氨基酸、肽及其类似物明显更多，这主要是由于枸杞中富含氨基酸等成分，而混合发酵会消耗氨基酸等物质。例如Liu Zhanggen等发现，发酵枸杞汁后总游离氨基酸含量下降。氨基酸代谢在免疫调节、信号传导等生命活动中扮演着核心角色。并且，氨基酸在发酵肉制品中是香气活性化合物形成的重要前体物质，也是影响乳酸菌代谢和整体风味的关键因素。

在HH vs YW中，正负离子模式主要富集的代谢通路是鞘脂代谢、类黄酮生物合成等；在YW vs TJ中，正负离子模式主要富集的代谢通路是α-亚麻酸代谢、次级代谢产物生物合成等。这些代谢通路均属于次生代谢产物的生物合成、脂质代谢。由此可知，枸杞的添加对这2 个代谢通路具有较大的影响。在上下调显著差异代谢物中，YW组的脂质类物质更多，这可能是由于枸杞多糖通过上调脂联素表达并下调脂质代谢相关基因的表达，从而使得HH和TJ组中的脂质减少。此外，在枸杞基因组中关键酶家族以及特定基因的组织特异性表达促进了多糖及次生代谢产物的生物合成。次生代谢产物的生物合成是多酚类、生物碱等物质的重要来源，这些物质具有抗氧化、抗炎、免疫调节等作用，具有较高的附加值；脂质代谢是脂类物质的合成、分解、储存和运输等过程，对于维持细胞功能、能量平衡和代谢健康至关重要。

在HH vs SY组中，正负离子模式主要富集的代谢通路是类固醇激素生物合成、代谢通路等；在TJ vs SY组中，正负离子模式主要富集的代谢通路是多环境下的微生物代谢、代谢通路等；在YW vs SY组中，正负离子模式主要富集的代谢通路是类固醇激素生物合成、2-氧代羧酸代谢等。自制奶疙瘩（YW、TJ、HH）相比市售原味奶疙瘩（SY）在营养价值、风味和益生功能方面展现出多重优势。在营养价值层面，3 组自制样品均富集了氨基酸、肽及其类似物和脂肪酸及其结合物，这些由微生物发酵产生的物质不仅是优质营养来源，且具有免疫调节等潜在功能。在益生功能方面，自制样品组显示出抗氧化与抗炎活性潜力，其活性与类黄酮生物合成、鞘脂代谢等通路密切相关，这些通路可为高附加值活性物质的生成提供潜在支持。总体而言，YW组的风味更优，主要体现在δ-癸内酯的上调，使其香气更为突出；TJ组因枸杞添加而兼具植物源抗癌成分，其益生功能更为显著；HH组则通过NC1与HM4菌株的混合发酵实现了较好的代谢优化，在神经保护、脂质代谢调节及次生代谢产物合成方面表现突出，具有较好的营养价值和益生功能综合优势。

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结 论

本研究从新疆特色发酵食品中，采用传统分离培养加生理学鉴定的方法，分离鉴定出13 株食品可用名单中的乳酸菌，分别为植物乳植杆菌5 株、戊糖片球菌3 株、发酵粘液乳杆菌2 株、乳酸乳球菌2 株和嗜热链球菌1 株。并对13 株乳酸菌进行了生理学特性分析。从耐酸耐胆盐实验中发现，菌株均具有一定的耐酸、耐胆盐特性。其中，NC10在各pH值条件前4 h的存活率较高；在较高的胆盐添加量下，菌株HM4和HM6在24 h时表现出较好的胆盐耐受性；菌株JY4、NC1、HM4、HM6的凝乳特性、感官品质及抗氧化活性均表现较好，因此选择这4 种菌株进行不同工艺奶疙瘩的制作，并使用非靶向代谢组学分析了不同工艺下奶疙瘩的差异代谢物及差异代谢通路。结果显示，碳水化合物及其结合物，氨基酸、肽及其类似物和脂肪酸及其结合物是差异代谢物的主要分类，差异代谢通路主要集中在次生代谢产物的生物合成、脂质代谢、氨基酸代谢、碳水化合物代谢等。对不同工艺奶疙瘩进行评价，发现自制奶疙瘩（YW、TJ、HH）相比于市售原味奶疙瘩（SY）在风味和营养价值方面表现较好。YW组的风味更优，TJ组由于枸杞的添加而使益生功能较为显著，HH组在营养价值和益生功能上表现最为全面。本研究丰富了微生物资源，拓展了其在新疆特色乳制品奶疙瘩中的应用，为新疆特色奶疙瘩的开发和利用提供了参考。

第一作者：

汪琪，男，新疆大学智慧农业学院（研究院），生物与医药食品工程方向在读研究生。

通信作者：

高雁，女，博士，研究员，新疆农业科学院微生物应用研究所科研骨干，国家农业微生物乌鲁木齐观测实验站主任，中国CNKI评审专家库专家，中国绿色食品协会益生菌专业委员会委员，新疆维吾尔自治区首批畜牧业绿色低碳科技服务专家，新疆奶产业技术体系专家，新疆维吾尔自治区乡村振兴产业顾问组专家，新疆微生物学会微生物资源专业委员会主任委员，新疆微生物学会团体标准化工作委员会秘书长，新疆青少年科普教育专家，新疆大学，新疆农业大学，塔里木大学，喀什大学硕士研究生导师。先后主持、参加国家级、自治区级科研项目30余项，发表论文60余篇（第一/通信22 篇），授权发明专利13 项，编写论著7 部，制定团体标准5 项，企业标准5 项，获得科技成果6 项，荣获国家教育部技术发明二等奖、新疆维吾尔自治区科学技术进步奖三等奖等科技奖励，先后获得全国科协、自治区科协、新疆农科院“先进个人”等多项荣誉称号。

2004年8月入职新疆农业科学院微生物应用研究所，长期从事新疆特殊环境微生物菌种资源的收集、分离和鉴定工作；微生物发酵工艺研究，功能微生物应用研究等。

引文格式：

汪琪, 王嘉佑, 曾军, 等. 新疆传统发酵食品中乳酸菌的分离筛选及其在发酵奶疙瘩后的非靶代谢组学分析[J]. 食品科学, 2026, 47(10): 151-166. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251110-064.

WANG Qi, WANG Jiayou, ZENG Jun, et al. Isolation and characterization of lactic acid bacteria from traditional Xinjiang fermented foods and untargeted metabolomic analysis of Xinjiang cheese fermented with them[J]. Food Science, 2026, 47(10): 151-166. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251110-064.

实习编辑：辉煌；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

为对标农业农村部2035年科技规划及“十四五”“十五五”发展方向，推动农产品加工与储运的工程化、智能化、绿色化升级，由湖南省农业科学院、湖南农业大学、北京食品科学研究院、国际食品科技联盟（IUFoST）、中国农业大学、岳麓山工业创新中心、湖南欧美同学会主办，湖南大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湖南中医药大学、湘潭大学、岳麓山实验室、木本油料资源利用全国重点实验室协办，中国食品杂志社、洞庭实验室、湖南省食品科学技术学会、湖南省农产品加工与质量安全研究所、湖南农业大学食品科学技术学院、Springer Nature-《Agricultural Products Processing and Storage》杂志承办的“第二届农产品加工与食品制造国际学术研讨会—创新引领绿色智造，AI赋能科技进步”，将于2026年9月19-20日（9月18日会议报到）在中国 湖南 长沙召开。

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