2024-06-05
发酵食品是人类饮食的重要组成部分。人们越来越意识到发酵食品中存在丰富的营养和功能特性，这些特性来自于微生物群落对底物的转化。传统发酵食品历史悠久且种类多样，例如泡菜、大酱、腐乳、白酒等，大多是在自然或人工控制条件下，借助内源酶以及微生物的作用产生的具有典型发酵风味且具有较长保存期的一类食品。因此，明确发酵食品中相关微生物作用及其与特征风味的关系对其品质提升具有重要意义。 风味是评价发酵食品感官品质的重要指标，与发酵过程中发酵食品中存在的微生物密切相关。风味组学在发酵食品研究中的应用主要是通过对食品中的挥发性化合物进行定性和定量分析，以揭示不同微生物、发酵条件和工艺参数对食品风味的影响。风味组学在发酵食品研究中通过对挥发性化合物的分析、风味活性化合物的研究、风味物质的定性定量分析、感官品质与风味物质的关联分析、发酵过程中的风味动态变化等方面揭示食品风味的演变过程。 多组学方法和生物信息学分析的成功应用，为探索发酵过程提供了坚实的基础。与单组学相比，多组学分析更准确地划分了微生物和分子特征，因此它们更容易揭示发酵的机制。
多组学在食品发酵研究中的应用思路 多组学在食品发酵研究中的应用思路可以涵盖从微生物、代谢产物到感官品质等多个方面，下面是一些可能的应用思路： NO.1、微生物组学 通过16S rRNA基因测序或宏基因组测序等技术，对食品发酵过程中微生物群落的组成结构和功能进行分析。这可以帮助研究人员了解在发酵过程中参与的微生物种类、丰度以及它们之间的相互作用。 分析不同发酵条件（如时间、温度、pH等）对微生物群落结构的影响，以优化发酵过程和控制发酵产物的质量。 NO.2、转录组学 通过RNA测序技术，分析食品发酵过程中微生物的基因表达变化。这可以揭示在不同阶段或条件下微生物的代谢途径、基因表达调控网络等信息，有助于优化发酵条件和提高发酵产物的品质。 研究食品发酵过程中产生的RNA类别和数量，以了解微生物的生长和代谢活动。 NO.3、蛋白质组学 通过质谱分析技术，对食品发酵过程中产生的蛋白质进行定性和定量分析。这可以帮助鉴定和量化发酵过程中的关键酶和蛋白质，了解其在发酵过程中的功能和调控机制。 研究不同发酵条件对蛋白质表达的影响，以优化发酵过程和改善发酵产物的品质。 NO.4、代谢组学 使用质谱分析技术（如LC-MS或GC-MS），对食品发酵过程中产生的代谢产物进行定性和定量分析。这可以帮助鉴定发酵过程中的关键代谢产物，了解代谢途径和调控机制。 分析不同发酵条件下代谢产物的变化，寻找与发酵产物质量和感官品质相关的代谢标志物。 NO.5、风味组学 风味组学是在代谢组学的基础上，对所有风味相关代谢物质进行针对性和综合性分析。利用全二维气相色谱技术，对发酵食品中的主要挥发性化合物，包括醇、酯、醛、酮、酸等进行定性定量分析，以及这些化合物的来源和产生途径。 分析发酵食品中具有特定风味活性的化合物，如芳香醇、硫化合物、酸类等，并结合感官品质以揭示它们对食品风味的贡献和影响。 综上所述，多组学技术在食品发酵研究中可以提供全面的信息，从微生物组成到感官品质等多个方面，为优化发酵工艺、提高产品品质提供科学依据。
食品领域多组学案例分享
点击标题查看文章详情 1、Food Chemistry：老坛酸菜自发发酵过程中的微生物演替和风味形成机制
大酱是东北传统制作的自然发酵豆酱，因其独特的风味与高营养价值而成为调味佳品，且具有抗氧化、降低胆固醇、抗癌和抗高血压的作用。目前的研究显示，大酱的独特风味与微生物群落的作用有密切关联。本研究利用宏转录组测序、HS-SPME-GC-MS和氨基酸分析方法，解析了大酱菌群和发酵物代谢谱随时间的变化，并鉴定出10种有助于大豆酱风味形成的挥发性化合物。此外，还进一步分析大豆酱中活性微生物与理化特性和风味物质之间的相关性，结果表明，乳杆菌属和四联球菌属是影响色泽和风味的核心属。这些微生物产生的酶催化一系列代谢途径，从而产生风味物质。该研究的发现为菌群在发酵食品风味形成中的作用提供了新的见解。
2、Food Bioscience：微生物多样性+风味组揭示不同发酵工艺对老坛酸菜品质的影响
老坛酸菜是中国著名的传统发酵蔬菜，风味独特，已成为中国消费者最受欢迎的加工蔬菜产品之一。目前出现了一种新型的老坛酸菜生产形式，即在一个相对开放的环境中进行发酵，使用已浇筑的混凝土池作为发酵容器。从生产经验可知，池发酵的老坛酸菜比罐子发酵的味道弱。本研究对两种类型的老坛酸菜的理化性质、糖类、有机酸、氨基酸、挥发性风味图谱和微生物群落进行了研究。与LTSC-P相比，较高的乳酸含量和挥发性风味化合物浓度是LTSC-J的独特风味。两种类型的老坛酸菜在微生物组成、α多样性和群落结构上的差异可能是由于其盐度和发酵环境的差异所致。此外，差异风味化合物的生物合成可能与老坛酸菜的某些细菌属有关。综上所述，不同生产工艺对老坛酸菜的菌群和风味有显著影响。本研究揭示了罐池腌制的微生物组成和风味特征，提高了我们对两种类型的核心功能细菌属和真菌属的认识。但这些风味化合物的形成机制及其与老坛酸菜地区微生物群落的关系仍有待进一步研究。
3、LWT - Food Science and Technology：宏基因组+风味组揭示青腐乳发酵过程中挥发性成分和微生物群落的影响
青腐乳的味道最独特，因其气味而被称为“臭豆腐”。风味是评价发酵食品感官品质的重要指标，与发酵过程中发酵食品中存在的微生物密切相关。青腐乳中分离的新菌株Weissella confusa M1，有助于青腐乳的发酵，如改善发酵周期、风味、质地和营养含量。然而，在青腐乳发酵过程中，Weissella confusa M1如何影响微生物变化并影响风味尚不清楚。因此，本研究采用宏基因组学和风味组学相结合的方法，研究了Weissella confusa M1对青腐乳发酵过程中关键风味化合物以及与风味产生相关的核心微生物群落结构和功能的影响。结果表明，与自然发酵腐乳相比，接种M1菌改善了腐乳的风味、色泽、质地和口感。M1增加了13种游离氨基酸的含量，特别是天冬氨酸和谷氨酸，并通过参与氨基酸和碳水化合物的运输和代谢，推动了发酵过程中微生物群落的多样性和动态。接种M1后产生了许多挥发性化合物，其中正己醛和二甲基硫醚对青腐乳的风味最重要。在M1发酵过程中，肠杆菌和魏斯氏菌与13种关键风味化合物呈正相关。肠杆菌和四球菌与多种氨基酸的产生有关。这些发现证明M1是一种很有前途的加工辅助培养物。
食品领域多组学文章集锦
Food Chemistry：16S全长扩增子测序+风味组学揭示老坛酸菜核心微生物与关键风味化合物的关系 Food Research International：“好曲酿好酒”从微生物组装模式到代谢表型揭示传统工艺与机械工艺高温大曲发酵异质性机制~ Gut Microbes：微生物多样性+microRNAs揭示膳食甜菜碱通过肠道微生物群驱动的microRNA-378a家族预防肥胖 Carbohydrate Polymers：微生物多样性+短链脂肪酸揭示丙酰化高直链玉米淀粉的体外肠道发酵 Food Chemistry：多样性+代谢组揭示人参水溶性膳食纤维新功能 Food Chemistry：宏转录组+风味组揭示不同发酵时间东北大酱风味形成核心菌群 Food Chemistry：微生物多样性+代谢组+定量qPCR探究酿酒品质与酵池微生物群落的关系 International Journal of Food Microbiology：微生物多样性+代谢组揭示红曲的添加对麸醋发酵过程中微生物群落以及代谢物的影响 Journal of Agricultural and Food Chemistry：微生物多样性+代谢组黄酒中生物胺含量与代谢产物及微生物组成之间的内在联系 Journal of Functional Foods：人参可溶性膳食纤维可调节肠道菌群结构，促进结肠健康，影响大鼠食欲和糖脂代谢
