通过发酵工艺实现烧烤酱生产副产品的增值利用

1. 领域背景与文献

文献英文标题：Valorization of Co-Products from Barbecue Sauce Production Through Fermentation Processes；

发表期刊：Foods；影响因子：5.6（2025年）；研究领域：食品发酵与副产物高值化利用

食品工业废弃物处理是全球可持续发展的核心议题，随着调味品市场的持续扩张，烧烤酱等复合调味品的工业生产产生大量不合格品与副产物，传统填埋、焚烧处理方式带来环境与经济双重成本。循环生物经济理念推动下，食品废弃物高值化成为研究热点，发酵技术作为关键生物技术，可将废弃物转化为有机酸、生物活性肽、胞外多糖等高值产物，实现资源闭环利用。当前领域存在的核心问题包括：针对复合调味品副产物的发酵高值化研究较少，缺乏多菌株联合发酵的系统评估；现有研究对发酵产物的货架期稳定性、抗菌功能等实际应用特性的验证不足，难以直接指导工业生产。本研究针对上述空白，探索采用复合益生菌发酵策略升级烧烤酱副产物，旨在减少工业浪费，同时开发具备风味增强、低糖、天然抗菌特性的可回用产物，契合当前市场对清洁标签、可持续生产的需求。

2. 文献综述解析

作者从食品废弃物高值化的技术路径、调味品行业的可持续发展需求两个维度对现有研究进行分类评述。

现有研究中，食品发酵技术在废弃物处理中的应用已得到广泛证实，单一乳酸菌或酵母发酵可有效降解废弃物中的糖分，产生有机酸、生物活性物质，提升产物的营养与功能价值，但多数研究聚焦于果蔬、谷物等单一原料的废弃物，针对复合调味品副产物的研究较为匮乏，且多采用单一菌株发酵，对多菌株协同发酵的效果评估不足。在调味品行业的可持续研究方面，现有成果多关注原料替代、低糖配方开发、清洁标签设计等前端环节，对生产后端副产物的闭环回用研究较少，且缺乏对发酵产物在实际生产场景中的货架期稳定性、抗菌活性等关键特性的系统验证。本研究的创新价值在于首次采用酿酒酵母布拉迪变种与三种乳酸菌的复合菌株体系，针对不同浓度的烧烤酱副产物开展发酵实验，全面评估发酵产物的理化特性、营养组成、抗氧化活性、抗菌功能及长期稳定性，为烧烤酱副产物的工业化高值化利用提供完整的技术方案与数据支撑，填补了复合调味品副产物发酵高值化研究的空白。

3. 研究思路总结与详细解析

本研究的整体目标是验证复合益生菌发酵体系对烧烤酱副产物的高值化改造效果，核心科学问题是不同浓度副产物在复合发酵过程中的代谢变化规律、产物功能特性的差异及长期稳定性，技术路线遵循“菌株体系构建→发酵体系建立→多维度指标监测→功能特性评估→稳定性验证→结论展望”的闭环逻辑，确保研究结果的科学性与实用性。

3.1 复合发酵菌株体系构建

实验目的是筛选并构建适合烧烤酱副产物发酵的高效益生菌组合，确保发酵过程能有效降解糖分、产生高值代谢产物，同时满足食品级安全回用要求。方法细节上，选用植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、混淆魏斯氏菌三种乳酸菌，以及酿酒酵母布拉迪变种，分别在MRS琼脂培养基和YPD培养基上28℃培养至可见菌落，4℃储存不超过一周；制备菌悬液时，将液体培养的菌株经3220×g离心5分钟收集菌体，用无菌去离子水洗涤并重悬至浓度为10^9 cells/mL，按每种菌株终浓度10^6 cells/mL混合成复合发酵剂（I + C3）。结果解读显示，预实验证实该复合菌株体系能有效降低发酵体系pH，更显著地消耗糖分，且所有菌株均为已获批的益生菌，具备安全回用的潜力，因此确定为正式实验的发酵体系。产品关联：实验所用关键产品包括MRS琼脂（Biokar, Allonne, France）、YPD培养基、高速离心机、pH Go Direct电极放大器（Vernier, Beaverton, OR, USA）等，具体品牌型号详见材料与方法部分。

3.2 不同浓度烧烤酱副产物发酵体系建立

实验目的是探究不同浓度烧烤酱副产物在复合菌株发酵下的代谢差异与高值化效果差异。方法细节上，将烧烤酱副产物分别按1:4和1:2的比例用无菌蒸馏水稀释，得到浓度为25%（w/v）的BBQ25和50%（w/v）的BBQ50体系；在400mL玻璃罐中接种复合发酵剂，使每种菌株终浓度为10^6 cells/mL，密封后置于室温（22±1℃）发酵12天，每个处理设置3个生物学重复，定期取样进行指标检测。结果解读显示，BBQ25体系的pH值从初始的3.91逐渐降至第12天的3.04（n=3，P<0.05），总可溶性固形物（total soluble solids, TSS）从10.2°Brix降至5.42°Brix；BBQ50体系的pH值从初始值降至第12天的3.36（n=3，P<0.05），总可溶性固形物从20.9°Brix降至12.1°Brix（n=3，P<0.05）。这一结果表明复合菌株在两种浓度体系下均能有效启动发酵过程，BBQ25体系的糖分消耗与pH下降更为迅速，推测是由于较低的初始渗透压更利于菌株代谢活性的发挥。

3.3 发酵过程理化与代谢产物动态监测

实验目的是系统分析发酵过程中烧烤酱副产物的理化特性、营养组成及代谢产物的动态变化，明确复合发酵对副产物的改造机制。方法细节上，采用pH电极、数字折光仪、电位滴定法分别测定pH、总可溶性固形物、可滴定酸度；通过高效液相色谱（HPLC）分析发酵过程中糖分（葡萄糖、果糖）、代谢产物（乳酸、乙酸、乙醇、甘油）的浓度变化；采用杜马斯燃烧法测定总蛋白含量，烘干法测定湿度；采用ABTS、DPPH、FRAP法分析抗氧化活性，福林-酚法分析总酚含量。结果解读显示，BBQ25体系的可滴定酸度从初始的0.358g乳酸/100g升至第12天的1.341g乳酸/100g（n=3，P<0.05），BBQ50体系从初始值升至1.795g乳酸/100g（n=3，P<0.05），显示复合发酵显著提升了体系的酸度。糖分代谢方面，BBQ25体系的葡萄糖浓度从3.542g/100g降至0.018g/100g（n=2，P<0.05），果糖从2.922g/100g降至0.038g/100g（n=2，P<0.05）；BBQ50体系的葡萄糖从6.553g/100g降至0.052g/100g（n=2，P<0.05），果糖从5.553g/100g降至0.198g/100g（n=2，P<0.05），表明复合菌株能高效降解发酵性糖分。营养组成方面，发酵后BBQ25的总蛋白含量从0.636%降至0.525%（n=3，P<0.05），湿度从79.96%升至87.04%（n=3，P<0.05）；BBQ50的总蛋白从1.021%降至0.800%（n=3，P<0.05），湿度从89.72%升至92.61%（n=3，P<0.05），推测蛋白含量下降是由于湿度升高导致的稀释效应，而湿度升高与乳酸菌产生的胞外多糖增强持水性有关。抗氧化活性方面，BBQ25的总酚含量从13.742mg GAE/100g升至26.683mg GAE/100g（n=3，P<0.05），DPPH自由基清除率从10.132mg TEAC/100g升至18.548mg TEAC/100g（n=3，P<0.05）；BBQ50的总酚从37.617mg GAE/100g升至59.408mg GAE/100g（n=3，P<0.05），DPPH清除率从15.826mg TEAC/100g升至17.060mg TEAC/100g（n=3，P>0.05），显示发酵显著提升了产物的抗氧化活性，且BBQ25的提升效果更为显著。

3.4 发酵产物物理特性与货架期稳定性评估

实验目的是分析复合发酵对烧烤酱副产物颜色、黏度等物理特性的影响，以及产物在室温储存条件下的长期稳定性，为工业应用提供数据支撑。方法细节上，采用色差仪（CR-400, Konica Minolta）分析发酵前后的L（亮度）、a（红绿色差）、b（黄蓝色差）颜色参数，计算总色差ΔE；采用可控应力流变仪（Thermo Fisher Scientific）分析表观黏度，拟合Williamson模型评估流变特性；监测发酵产物在12个月室温储存过程中的pH、总可溶性固形物、可滴定酸度、代谢产物浓度变化。结果解读显示，BBQ25发酵后的L值从45.19降至31.71（n=5，P<0.05），ΔE为21.56；BBQ50发酵后的L*值从29.14升至36.47（n=5，P<0.05），ΔE为12.85，两种体系的颜色变化均达到人眼可感知的阈值。黏度分析显示，BBQ25的零剪切黏度从12.72Pa·s升至45.08Pa·s（n=3，P<0.05），BBQ50从730.50Pa·s升至1083.68Pa·s（n=3，P<0.05），发酵产物均表现出非牛顿流体的剪切稀化特性，黏度提升推测与乳酸菌在应激条件下产生的胞外多糖有关。货架期稳定性监测显示，12个月后两种体系的pH、总可溶性固形物均无显著波动，BBQ25的pH维持在3.00-3.10，总可溶性固形物维持在5.5°Brix；BBQ50的pH维持在3.30-3.50，总可溶性固形物维持在11-12°Brix。代谢产物方面，乳酸、乙酸浓度无显著变化，乙醇浓度显著升高，BBQ25的乙醇浓度从0.934%升至（文献未明确提供该数据，基于图表趋势推测）（n=3，P<0.001），BBQ50从2.127%升至（文献未明确提供该数据，基于图表趋势推测）（n=3，P<0.001），推测是由于酵母在储存过程中的持续代谢，这一变化反而有助于提升产物的防腐能力，表明发酵产物在室温下具备良好的长期稳定性。

3.5 发酵产物抗菌活性评估

实验目的是验证发酵产物对食品常见腐败菌、致病菌的抑制效果，评估其作为天然防腐剂替代化学防腐剂的潜力。方法细节上，采用滴板法进行抗菌活性检测，将发酵产物以1:2的比例加入MRS、YPD、BHI培养基，接种目标微生物，包括两种乳酸菌腐败菌（副干酪乳杆菌、短乳杆菌）、一种致病菌（蜡样芽孢杆菌）及四种酵母腐败菌（拜耳接合酵母、鲁氏接合酵母、曼氏毕赤酵母、恒星斯塔默酵母）；将微生物培养至指数中期，稀释至1-2细胞/μL，取3μL滴加至培养基表面，28℃培养3天，观察生长情况，同时设置不含发酵产物的培养基作为阳性对照。结果解读显示，发酵产物对两种乳酸菌腐败菌均有显著抑制作用，BBQ50的抑制效果更强，在10^-1稀释度下未观察到菌落生长；对蜡样芽孢杆菌，两种发酵产物体系均未观察到生长，推测低pH环境与高渗透压是主要抑制因素。对酵母腐败菌的抑制作用因菌株而异，鲁氏接合酵母和恒星斯塔默酵母的生长受到显著抑制，而拜耳接合酵母和曼氏毕赤酵母表现出较强的抗性，推测与这些酵母对酸性环境和抗菌物质的耐受能力有关。整体而言，发酵产物具备广谱抗菌潜力，可有效减少食品腐败，为替代化学防腐剂提供了可能。

4. Biomarker研究及发现成果

本研究聚焦于与烧烤酱副产物高值化相关的功能生物标志物，涵盖代谢功能标志物、抗氧化功能标志物、抗菌功能标志物三类，筛选与验证逻辑为通过发酵过程动态监测确定标志物的变化规律，结合功能学实验验证其活性，同时评估标志物在货架期内的稳定性，为产物的质量控制与工艺优化提供关键指标。

Biomarker定位方面，代谢功能标志物包括乳酸、乙醇、胞外多糖，其中乳酸是乳酸菌发酵的核心产物，兼具酸度调节与抗菌功能；乙醇由酵母和异型发酵乳酸菌产生，可增强产物的防腐能力；胞外多糖是乳酸菌在应激条件下合成的高分子聚合物，能提升产物的黏度与持水性。该类标志物的筛选逻辑为通过高效液相色谱监测发酵过程中乳酸、乙醇的浓度变化，结合流变学分析与菌落表型观察间接验证胞外多糖的产生。抗氧化功能标志物包括总酚含量、DPPH自由基清除率，总酚反映产物中酚类活性物质的总量，DPPH自由基清除率反映产物的自由基清除能力，筛选逻辑为采用福林-酚法与DPPH法分别测定发酵前后的含量与活性变化。抗菌功能标志物包括有机酸（乳酸、乙酸）、潜在细菌素，有机酸通过降低环境pH与渗透压力抑制微生物生长，细菌素是乳酸菌产生的多肽类抗菌物质，验证逻辑为抗菌实验结合高效液相色谱的有机酸浓度分析。

研究过程详述中，代谢功能标志物的检测结果显示，乳酸在BBQ25体系中从初始的0g/100g升至发酵后的1.285g/100g（n=2，P<0.05），BBQ50体系中升至1.124g/100g（n=2，P<0.05）；乙醇在BBQ25中从0.005%升至0.934%（n=2，P<0.05），BBQ50中升至2.127%（n=2，P<0.05）。胞外多糖的存在通过黏度变化间接验证，BBQ25的零剪切黏度提升254.3%（n=3，P<0.05），BBQ50提升48.3%（n=3，P<0.05），且固体培养基上的菌落呈现黏液状表型，进一步支持胞外多糖的产生。抗氧化功能标志物方面，BBQ25的总酚含量从13.742mg GAE/100g升至26.683mg GAE/100g（n=3，P<0.05），提升幅度达94%；DPPH自由基清除率从10.132mg TEAC/100g升至18.548mg TEAC/100g（n=3，P<0.05），提升幅度达83.1%。BBQ50的总酚含量从37.617mg GAE/100g升至59.408mg GAE/100g（n=3，P<0.05），提升幅度达57.9%；DPPH清除率从15.826mg TEAC/100g升至17.060mg TEAC/100g（n=3，P>0.05），提升幅度相对较小。抗菌功能标志物方面，发酵后BBQ25的乙酸浓度从0.160g/100g升至0.180g/100g（n=2，P>0.05），BBQ50从0.319g/100g升至0.364g/100g（n=2，P>0.05）；抗菌实验显示，发酵产物对乳酸菌腐败菌的抑制率达10^-1稀释度无生长，对蜡样芽孢杆菌完全抑制，表明有机酸与潜在细菌素协同发挥抗菌作用。

核心成果提炼方面，代谢功能标志物的发现证实复合发酵能高效将烧烤酱副产物中的糖分转化为高值代谢产物，BBQ25体系的乳酸产量更高，BBQ50体系的乙醇产量更高，胞外多糖在低浓度副产物中合成更显著，为不同应用场景的产物开发提供了方向：乳酸含量高的产物可用于酸度调节，乙醇含量高的产物可用于防腐增强，黏度提升的产物可替代增稠剂。抗氧化功能标志物的结果显示，发酵显著提升了产物的抗氧化活性，且BBQ25的提升效果更为显著，推测与胞外多糖的抗氧化活性及发酵过程中酚类物质的释放有关，为开发具有抗氧化功能的调味品配料提供了依据。抗菌功能标志物的验证结果表明，发酵产物具备广谱抗菌活性，可有效抑制多种食品腐败菌与致病菌，为替代化学防腐剂、实现清洁标签生产提供了可行方案。这些功能标志物的系统研究，为烧烤酱副产物的高值化回用建立了关键质量指标，可用于指导发酵工艺优化与产物质量控制，推动食品工业的可持续发展。