DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2026.1730713
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41675386
تاريخ النشر: 2026-01-27
المؤلف: Keyu Lei وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروبيوتيك والأطعمة المخمرة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تخمير عصير التفاح ‘ريد فوجي’ (AJ) باستخدام سلالات بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) المفردة والمختلطة، بهدف تعزيز جودته الحسية وفوائده الصحية. استخدمت الأبحاث طرق تحليلية متنوعة، بما في ذلك تقييمات الأنف الإلكتروني واللسان، بالإضافة إلى الميتابولوميات غير المستهدفة، لتقييم خصائص النكهة وتحديد المستقلبات الرئيسية. تشير النتائج إلى أن التخمير المختلط، وخاصة مع نسبة L. helveticus و L. plantarum 1:2، قد حسن بشكل كبير من عدد الخلايا الحية (أكثر من 9.26 لوغ CFU/mL)، وقبول الحسية (p < 0.05)، وتعقيد النكهة من خلال زيادة الإستر، والألدهيدات، والكحوليات مع تقليل المرارة (65.3%) والقبض (74.1%). كشفت التحليلات الميتابولومية أن التخمير المختلط يعزز إنتاج المركبات العطرية من خلال مسارات أيضية متميزة، مثل أيض الأحماض الأمينية ودورة الأحماض الثلاثية. وهذا يؤدي إلى ملف عطر أكثر نضجًا وتعقيدًا زهرًا في عصير التفاح المخمر عالي العائد (HPAJ)، بينما يظهر عصير التفاح منخفض العائد (LHAJ) تعقيدًا عطريًا أبسط. تختتم الدراسة بأن تخمير حمض اللاكتيك لا يحسن فقط الملف الحسي لعصير التفاح ولكن أيضًا يغير تركيبه بشكل مفيد. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على تحديد المستقلبات المحددة المرتبطة بالنتائج الصحية لتسهيل تطوير المشروبات الوظيفية المستهدفة، على الرغم من أن التنفيذ العملي لهذه الادعاءات يتطلب مزيدًا من التحقيق.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الفوائد الغذائية والصحية للتفاح (Malus pumila Mill.)، الذي يحتوي على مجموعة متنوعة من المركبات النشطة بيولوجيًا مثل فيتامين C، والفلافونويدات، والألياف الغذائية. مع تزايد اهتمام المستهلكين بالمنتجات الغذائية المغذية، هناك حاجة لاستكشاف تقنيات معالجة مبتكرة لعصير التفاح (AJ) تعزز فوائده الصحية. من بين هذه التقنيات، برز تخمير بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) كطريقة واعدة، قادرة على تحويل العناصر الغذائية إلى مركبات مفيدة، وتحسين الوصول الحيوي، وتعزيز الخصائص الوظيفية لـ AJ. تسهم عملية التخمير ليس فقط في الفوائد الصحية، مثل تحسين فلورا الأمعاء وتقليل مقاومة الأنسولين، ولكن أيضًا تؤثر بشكل إيجابي على العطر والجودة الحسية للعصير من خلال إنتاج مركبات متطايرة.
تسلط الورقة الضوء على إمكانيات التخمير البروبيوتيكي لتعزيز النكهة، والوظائف الغذائية، وثبات الرف لعصير AJ، وخاصة باستخدام تفاح ‘ريد فوجي’ من أكسو، الذي يحتوي على تركيز عالٍ من المواد الصلبة القابلة للذوبان مما يساعد على نمو LAB. على الرغم من مزايا تخمير الثقافة المختلطة، تركز الأبحاث الحالية بشكل أساسي على تخمير الثقافة الأحادية، مما يحد من استكشاف أنظمة التخمير الأكثر تعقيدًا التي يمكن أن تعزز تبادل المستقلبات. تهدف هذه الدراسة إلى تطوير مشروب عصير AJ حديث يركز على الصحة باستخدام تفاح ‘ريد فوجي’ من أكسو، مما يدعم التطبيق الصناعي لتخمير البروبيوتيك المركب وتعزيز الاستخدام الفعال للموارد.
طرق
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون سلالات بكتيرية محددة، Lactiplantibacillus plantarum PG-LPZ131 (LP) و Lactobacillus helveticus R0052 PG-LHR51 (LH)، مأخوذة من شركة Peptide Love Biotechnology Co. (شيان، شينجيانغ، الصين) في شكل مسحوق. كانت المادة التجريبية تتكون من تفاح ‘ريد فوجي’ الناضج، بقطر يتراوح من 70 إلى 80 مم، والذي تم حصاده في أكتوبر 2024 من مزرعة تفاح تقع في السد السادس من ألر، شينجيانغ، الصين. بعد الحصاد، تم نقل التفاح على الفور إلى مختبر المفتاح للمعالجة العميقة للمنتجات الزراعية الخاصة في جامعة تاريم (ألر، شينجيانغ، الصين) وتم تخزينه في درجة حرارة 4 °م للحفاظ على جودته للتحليل اللاحق.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى تغييرات كبيرة في الخصائص الفيزيائية والكيميائية لعصير التفاح (AJ) بعد التخمير باستخدام بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB). على وجه التحديد، تم تغيير محتوى المواد الصلبة القابلة للذوبان (SSC)، ودرجة الحموضة (pH)، والسكريات المخفضة (RS)، والأحماض القابلة للتعادل (TA) بشكل كبير (p < 0.05) مقارنةً بالتحكم (CK). بشكل ملحوظ، أظهر عصير الحموضة العالية (HPAJ) انخفاضًا بنسبة 36.6% في RS وزيادة بنسبة 66.5% في TA مقارنةً بـ CK، بينما أظهر عصير الحموضة المنخفضة (LHAJ) انخفاضًا أكثر وضوحًا في pH. وُجد أن عملية التخمير المختلط تعزز استهلاك السكر وإنتاج الأحماض، مما يؤدي إلى ملف حامضي متميز في HPAJ، يتميز بتركيز أعلى من الأحماض العضوية الأقوى. كشفت التحليلات المتطايرة أن تخمير LAB أغنى ملف العطر لـ AJ، حيث أظهر HPAJ استجابات مرتفعة في المستشعرات الحساسة للمركبات الميثيلية ومركبات الكبريت، مما ساهم في ملف عطري أكثر تعقيدًا. تم الكشف عن 35 و39 و44 مادة عطرية في LHAJ وHPAJ وCK على التوالي، حيث يحتوي HPAJ على 19 مركبًا عطريًا فريدًا. زادت عملية التخمير بشكل كبير من تركيزات الإستر، والكحوليات، والأحماض، التي تعتبر حاسمة لتعزيز النكهة. على سبيل المثال، كان تركيز أسيتات الهيكسيل في HPAJ أعلى بنسبة 81.8% مقارنةً بـ CK، مما يشير إلى أن التخمير المختلط يعزز إنتاج المواد الأساسية للنكهة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت تحليلات اللسان الإلكتروني أن التخمير المختلط قلل من المرارة والقبض، مما حسن الملف العام للذوق لـ HPAJ مقارنةً بـ CK وLHAJ. أكدت تحليل المكونات الرئيسية (PCA) الخصائص النكهية المتميزة بين منتجات AJ المختلفة، مما يبرز فعالية تخمير LAB في تعزيز كل من العطر والطعم لعصير التفاح.
مناقشة
تم تفصيل عملية تخمير عصير التفاح (AJ) بدقة، مع تسليط الضوء على إعداد شرائح التفاح، واستخراج العصير، والتخمير اللاحق باستخدام بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB). أثبتت الدراسة أن التخمير المشترك لـ Lactobacillus helveticus (LH) وLactobacillus plantarum (LP) بنسبة 1:2 أسفر عن أعلى عدد مستعمرات (9.26 لوغ CFU/mL) وحسن الدرجات الحسية مقارنةً بتخمير الثقافة الأحادية. تم التحقق من هذه النسبة المثلى من خلال تقييمات حسية، مما كشف عن تحسينات في خصائص العطر والنكهة في منتج التخمير المختلط (HPAJ) مقارنةً بالتخمير الفردي (LHAJ).
حددت التحليلات الميتابولومية ما مجموعه 1,003 مستقلبات عبر عينات AJ، مع اختلافات كبيرة في ملفات HPAJ وLHAJ. استخدمت الدراسة OPLS-DA لكشف 550 مستقلبًا متراكمًا بشكل مختلف (DAMs) بين التحكم وLHAJ، و264 DAMs بين التحكم وHPAJ، مما يشير إلى إعادة برمجة أيضية متميزة بسبب التخمير. من الجدير بالذكر أن HPAJ أظهر تنشيطًا أوسع لمسارات التحلل السكري والفوسفور المؤكسد، مما أدى إلى إنتاج أحماض أعلى وpH أقل، بينما ركز LHAJ على تخليق الأحماض الأمينية وإنتاج المستقلبات الثانوية. تؤكد النتائج على إمكانيات التخمير المشترك لـ LAB في تعزيز الجودة الغذائية والحسية لعصير التفاح المخمر، مع آثار على تطوير الأغذية الوظيفية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2026.1730713
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41675386
Publication Date: 2026-01-27
Author(s): Keyu Lei et al.
Primary Topic: Probiotics and Fermented Foods
Overview
This study explores the fermentation of ‘Red Fuji’ apple juice (AJ) using single and mixed lactic acid bacteria (LAB) strains, aiming to enhance its sensory quality and health benefits. The research employed various analytical methods, including electronic nose and tongue assessments, as well as non-targeted metabolomics, to evaluate flavor characteristics and identify key metabolites. Findings indicate that mixed fermentation, particularly with a L. helveticus and L. plantarum ratio of 1:2, significantly improved viable cell counts (over 9.26 log CFU/mL), sensory acceptance (p < 0.05), and flavor complexity by increasing esters, aldehydes, and alcohols while reducing bitterness (65.3%) and astringency (74.1%). The metabolomic analysis revealed that mixed fermentation enhances the production of aromatic compounds through distinct metabolic pathways, such as amino acid metabolism and the tricarboxylic acid cycle. This results in a more mature and florally complex aroma profile in high-yield fermented apple juice (HPAJ), while low-yield apple juice (LHAJ) exhibits a simpler aromatic complexity. The study concludes that lactic acid fermentation not only improves the sensory profile of apple juice but also alters its composition beneficially. Future research should focus on identifying specific metabolites linked to health outcomes to facilitate the development of targeted functional beverages, although practical implementation of these claims requires further investigation.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the nutritional and health benefits of apples (Malus pumila Mill.), which are rich in various bioactive compounds such as vitamin C, flavonoids, and dietary fiber. As consumer interest in nutritious products grows, there is a need to explore innovative processing technologies for apple juice (AJ) that enhance its health benefits. Among these technologies, lactic acid bacteria (LAB) fermentation has emerged as a promising method, capable of transforming nutrients into beneficial compounds, improving bioaccessibility, and enhancing the functional properties of AJ. The fermentation process not only contributes to health benefits, such as improved gut flora and reduced insulin resistance, but also positively influences the aroma and sensory quality of the juice by producing volatile compounds.
The paper highlights the potential of probiotic fermentation to enhance the flavor, nutritional functionality, and shelf stability of AJ, particularly using Aksu ‘Red Fuji’ apples, which have a high soluble solids concentration conducive to LAB growth. Despite the advantages of mixed-culture fermentation, current research predominantly focuses on monoculture fermentation, limiting the exploration of more complex fermentation systems that could enhance metabolite exchange. This study aims to develop a modern, health-oriented AJ drink utilizing Aksu ‘Red Fuji’ apples, thereby supporting the industrial application of composite probiotic fermentation and promoting efficient resource use.
Methods
In this study, the researchers utilized specific bacterial strains, Lactiplantibacillus plantarum PG-LPZ131 (LP) and Lactobacillus helveticus R0052 PG-LHR51 (LH), sourced from Peptide Love Biotechnology Co. (Xi’an, Shaanxi, China) in powdered form. The experimental material consisted of ripe ‘Red Fuji’ apples, with a diameter ranging from 70 to 80 mm, which were harvested in October 2024 from an apple farm located in the Sixth Brigade of Alar, Xinjiang, China. Following harvest, the apples were promptly transported to the Corps Key Laboratory of Deep Processing of Speciality Agricultural Products at Tarim University (Alar, Xinjiang, China) and stored at a temperature of 4 °C to maintain their quality for subsequent analysis.
Results
The results of the study indicate significant changes in the physicochemical properties of apple juice (AJ) following fermentation with lactic acid bacteria (LAB). Specifically, the soluble solid content (SSC), pH, reducing sugars (RS), and titratable acids (TA) were all significantly altered (p < 0.05) compared to the control (CK). Notably, high pH acidity juice (HPAJ) exhibited a 36.6% reduction in RS and a 66.5% increase in TA compared to CK, while low pH acidity juice (LHAJ) showed a more pronounced decrease in pH. The mixed fermentation process was found to enhance sugar consumption and acid production, leading to a distinct acid profile in HPAJ, characterized by a higher concentration of stronger organic acids. Volatile analysis revealed that LAB fermentation enriched the aroma profile of AJ, with HPAJ showing heightened responses in sensors sensitive to methyl compounds and sulfur compounds, contributing to a more complex aromatic profile. A total of 35, 39, and 44 aroma substances were detected in LHAJ, HPAJ, and CK, respectively, with HPAJ containing 19 unique aroma compounds. The fermentation process significantly increased the concentrations of esters, alcohols, and acids, which are crucial for flavor enhancement. For instance, hexyl acetate concentration in HPAJ was 81.8% higher than in CK, indicating that mixed fermentation promotes the production of key flavoring substances. Additionally, electronic tongue analysis demonstrated that mixed fermentation reduced bitterness and astringency, improving the overall taste profile of HPAJ compared to CK and LHAJ. Principal component analysis (PCA) confirmed the distinct flavor characteristics among the different AJ products, highlighting the effectiveness of LAB fermentation in enhancing both the aroma and taste of apple juice.
Discussion
The fermentation process of apple juice (AJ) was meticulously detailed, highlighting the preparation of apple slices, juice extraction, and subsequent fermentation with lactic acid bacteria (LAB). The study established that co-fermentation of Lactobacillus helveticus (LH) and Lactobacillus plantarum (LP) at a 1:2 ratio yielded the highest colony count (9.26 log CFU/mL) and improved sensory scores compared to monoculture fermentation. This optimal ratio was further validated through sensory evaluations, revealing enhanced aroma and flavor characteristics in the mixed fermentation product (HPAJ) compared to single fermentation (LHAJ).
Metabolomic analyses identified a total of 1,003 metabolites across AJ samples, with significant differences in the profiles of HPAJ and LHAJ. The study utilized OPLS-DA to reveal 550 differentially accumulated metabolites (DAMs) between control and LHAJ, and 264 DAMs between control and HPAJ, indicating distinct metabolic reprogramming due to fermentation. Notably, HPAJ exhibited a broader activation of glycolytic pathways and oxidative phosphorylation, leading to higher acid production and lower pH, while LHAJ focused on amino acid biosynthesis and secondary metabolite production. The findings underscore the potential of LAB co-fermentation in enhancing the nutritional and sensory qualities of fermented apple juice, with implications for functional food development.