利用Propionibacterium freudenreichii菌实现水果副产品的价值转化：在不同类型的水果渣中强化维生素B12的含量

《Magnetic Resonance Imaging Clinics of North America》：Valorization of fruit by-products with Propionibacterium freudenreichii: fortification of vitamin B12 in different types of fruit pomace

　　蓝 honeysuckle浆果、草莓和葡萄副产物经Propionibacterium freudenreichii DSM 20271发酵后，优化基质配比（65%草莓+35%葡萄）可获最高维生素B12含量49.44 μg/kg，副产物安全无毒性，为可持续食品强化提供新途径。

　　这项研究探讨了如何利用发酵技术对蓝醋栗、草莓和葡萄果渣进行维生素B12的强化，并优化了培养基的组成以提高其合成效率。维生素B12是一种对人体健康至关重要的营养素，其天然来源仅限于动物性食品，而植物性食品无法自行合成该营养素。因此，随着植物性饮食的日益普及，以及人口老龄化等因素，维生素B12缺乏症的发病率正在上升，对补充剂和强化食品的需求也随之增加。鉴于此，研究者们开始探索通过微生物发酵技术，特别是使用特定的细菌——如Propionibacterium freudenreichii（简称Pfr）来提高植物性原料中维生素B12的含量。这种技术不仅有助于解决维生素B12缺乏问题，还为减少食品工业产生的大量有机废弃物提供了一种创新的解决方案。

在食品工业中，果渣作为一种常见的副产品，其产量巨大，且往往因高水分含量和营养成分而具有较高的处理成本。果渣主要包括果皮、果肉和果核，其富含多种生物活性物质，如酚类化合物、色素、膳食纤维、精油、酶、维生素、脂肪酸、氮源和碳源。这些成分不仅对微生物的生长具有潜在的促进作用，还可能成为维生素B12合成的前体。例如，钴（Co）和维生素B2（核黄素）等元素对Pfr的代谢活动至关重要。因此，果渣作为微生物发酵的底物，具备较高的应用潜力。

本研究中，选择了三种常见的果渣：蓝醋栗果渣（BP）、草莓果渣（SP）和葡萄果渣（GP），并分析了它们在发酵过程中对维生素B12合成的影响。通过实验发现，Pfr在这些果渣中消耗了25%-56%的可用糖分，其中葡萄果渣中糖分含量最高，而草莓果渣和蓝醋栗果渣的糖分消耗则较为有限。这表明不同果渣的成分对微生物的代谢活动具有显著影响，而糖分的消耗程度是评估其作为发酵底物潜力的重要指标之一。此外，实验还观察到所有培养基中均出现了一定程度的细菌生长，尤其是在含有较高比例草莓果渣的培养基中，细菌的增殖更为明显。

为了进一步提高维生素B12的合成效率，研究者采用了一种统计优化工具——设计实验（Design of Experiment, DoE），以确定不同果渣配比对维生素B12合成的影响。结果显示，当草莓果渣与葡萄果渣按65%和35%的比例混合时，维生素B12的合成量达到了49.44 μg/kg，这表明该配比能够为Pfr提供最适宜的环境以促进维生素B12的合成。这一结果为未来开发基于果渣的维生素B12强化食品提供了科学依据。

与此同时，研究还对果渣的组成进行了详细分析，包括碳源、氮源、氨基酸、pH值、酸度以及潜在的有害成分（如霉菌毒素和农药残留）。结果显示，所有果渣均含有足够的碳源（如葡萄糖和果糖）和氮源（如氨基酸），这些成分是Pfr进行代谢活动的基础。然而，果渣中的某些成分，如酚类物质和类黄酮，可能对细菌的生长产生抑制作用。因此，在优化培养基时，研究者需要平衡这些潜在的抑制因子与促进因子，以实现最佳的维生素B12合成效果。

在安全性方面，果渣中未检测到任何霉菌毒素，表明其在发酵前具有较低的健康风险。同时，果渣中的农药残留含量也处于可接受范围内，符合相关的食品安全标准。这些发现为果渣作为食品发酵原料提供了支持，同时也表明在食品工业中使用果渣进行发酵是安全可行的。

此外，研究还评估了果渣中有机酸的合成情况，如丙酸（PA）和乙酸（AA）。这些有机酸不仅对食品的保存具有重要作用，还可能对维生素B12的合成产生积极影响。实验发现，在草莓果渣为主的培养基中，PA的合成效率最高，且其与AA的比值也显著高于其他培养基。这表明草莓果渣可能为Pfr提供了更为理想的代谢环境，从而促进了维生素B12的合成。

本研究的意义在于，它为食品工业提供了一种新的思路，即通过发酵技术将果渣转化为富含维生素B12的食品原料。这种做法不仅有助于减少食品废弃物的产生，还能为植物性食品的营养强化提供可行的解决方案。在当前全球倡导可持续发展和零浪费的背景下，这种技术具有重要的应用价值。此外，由于维生素B12在发酵过程中表现出较高的稳定性和生物可及性，因此其在食品加工过程中的保留率较高，为未来开发功能性食品提供了基础。

尽管本研究取得了一定的成果，但仍有一些问题值得进一步探讨。例如，发酵过程中维生素B12的合成是否完全依赖于Pfr的代谢活动，还是受到其他因素的影响？此外，不同果渣的配比是否能够进一步优化，以实现更高的维生素B12产量？还有，维生素B12在食品加工过程中的稳定性如何？这些因素都可能影响最终产品的营养价值和市场接受度。

从更广泛的角度来看，该研究不仅关注了果渣的利用，还涉及了微生物发酵技术在食品工业中的应用前景。通过利用Pfr等细菌，食品工业可以将废弃物转化为高附加值的产品，从而实现资源的循环利用和环境的可持续发展。这种技术的推广，有助于推动食品工业向更加环保和高效的方向发展，同时也为植物性食品的营养强化提供了新的可能性。

综上所述，这项研究通过实验验证了利用果渣作为发酵底物，通过Pfr的代谢活动实现维生素B12强化的可行性。研究结果表明，草莓果渣与葡萄果渣的特定比例能够显著提高维生素B12的产量，同时确保发酵过程的安全性和有效性。未来的研究可以进一步探索这种技术的工业化应用，以及如何通过调整发酵条件（如温度、pH值、时间等）来提高维生素B12的合成效率。此外，还可以研究与其他微生物（如乳酸菌）的共发酵是否能够进一步提升果渣的营养价值和功能性。这些研究将有助于推动食品工业向更加可持续和健康的未来迈进。