2024-01-29
南昌大学食品学院先后在《Food Bioscience》和《Food Research International》上连发两篇文章，分别解析了不同发酵工艺对老坛酸菜品质的影响以及老坛酸菜自发发酵过程中的微生物演替和风味形成机制。该系列研究有助于深刻理解工艺与品质、活性微生物与风味品质形成之间的关系。
以上研究的高通量测序和部分分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
文章一
影响因子：5.2
一、研究背景
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。然而，这种不同发酵工艺对老坛酸菜品质的影响仍不清楚。
二、研究方法
检测样本：罐式腌渍法(LTSC-J)和池式腌渍法(LTSC-P)的老坛酸菜盐水
组学检测：16S rRNA基因 V3V4区+ITS1+代谢组
测序平台&分析：Illumina NovaSeq+派森诺基因云
三、研究结果
LTSC-P具有较高的盐度、葡萄糖含量和组氨酸含量，而LTSC-J具有较高的可滴定酸、乳酸含量和异丁酸含量。在两种老坛酸菜中发现了9种不同的芳香活性化合物:茴香醇、桉油醇、硫化二烯丙基、雌二醇、二硫化二烯丙基、丁香酚、芳樟醇、壬醛和丁酸乙酯。LTSC-P中Weissella、Acinetobacter、Pseudomonas、Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium、Inhella和 Leuconostoc的相对丰度高于LTSC-J。共现分析表明，两种老潭酸菜菌群网络共现模式存在显著差异。Spearman相关分析显示，18种细菌与61种风味化合物之间存在很强的相关性。最后，细菌代谢功能预测表明，硫化物和芳香酯可能通过硫代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、丙酮酸代谢和丁酸代谢进行生物合成。
图1 LTSC-J和LTSC-P样品中挥发性风味化合物的差异
图2 LTSC-J和LTSC-P样本的细菌多样性、群落结构和生物标志物
图3 基于不同工艺细菌和真菌的共现网络
图4 微生物群落与风味、环境因素的相关性
图5 利用PICRUSt2的16S rRNA测序数据集对老坛酸菜细菌群落的功能进行预测
四、研究结论
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。
文章二
影响因子：8.1
一、研究背景
老坛酸菜一般以雪里蕻为主料，加入红辣椒、生姜、大蒜等调料，在坛子里腌制一个月。老坛酸菜的消费群体极其庞大，2020 年的年产量达到 507 万吨。因此，老坛酸菜需要大规模的工业生产来满足消费者的需求。一些研究调查了风味特征及其与微生物群落的相关性，结果表明这些风味化合物主要与乳酸杆菌、哈拉纳氏菌和卤单胞菌有关。然而，根据这些统计分析的结果，很难揭示微生物群落在风味形成中的具体作用。老坛酸菜中产生风味的核心功能微生物群和风味代谢途径中的关键酶需要系统地阐明。
二、研究方法
检测样本：不同发酵时期（发酵0、1、4、7、14、28、42d）的老坛酸菜盐水
组学检测：宏转录组+代谢组
测序平台&分析：Illumina NovaSeq
三、研究结果
通过代谢组学分析，共鉴定出老坛酸菜中 21 种特征风味代谢物，包括 8 种硫化物、6 种萜烯类化合物、3 种有机酸、2 种异硫氰酸盐、1 种酯和 1 种吡嗪。宏转录组分析揭示了发酵不同阶段活性微生物群的变化，进一步分析表明有机酸是微生物演替的主要驱动力。
图1 老坛酸菜发酵过程中的理化性质和非挥发性风味特征
图2 老坛酸菜发酵过程中的微生物多样性与组成
图3 老坛酸菜发酵过程中微生物群落演替的驱动因素和共生模式
图4 特征风味代谢物与活性微生物群之间的相关性
图5 重构特色风味化合物形成的代谢网络（整合元转录组和风味代谢组数据集）
四、研究结论
本研究通过代谢组和宏转录组分析，对老坛酸菜发酵过程中的风味特征和活性微生物群演替进行了研究。乳酸是老坛酸菜的主要有机酸，在老坛酸菜中发现了21种特征风味化合物，包括8种硫化物、6种萜烯、3种有机酸、2种异硫氰酸盐、1种酯和1种吡嗪。甘油醛-3P、磷酸烯醇丙酮酸、丙酮酸和乙酰-CoA 是形成这些特征味道的关键中间代谢产物。在老坛酸菜的不同发酵阶段，各种微生物依次占据主导地位，主要由有机酸（尤其是乙酸和异丁酸）驱动。此外，食品乳杆菌（Companilactobacillus alimentarius）、西巴氏乳杆菌（Weissella cibaria）、植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）和椰菜乳杆菌（Loigolactobacillus coryniformis）被确定为核心功能微生物，参与了特征风味化合物的形成。此外，核心功能微生物在老坛酸菜风味形成过程中的具体作用仍需在代谢水平上进一步验证，以获得具有风味调节作用的优良菌株，从而在老坛酸菜的工业化生产中实现风味品质的定向调节和可重复性。
文章索引：
1.Xiong S, Qiu D, Xu X, et al. Heterogeneity of microbiome and flavor profiles of industrial-scale Laotan Suancai: Fermentation craft plays important roles. Food Bioscience, 2023, 55: 102928.
2.Xiong S, Xu X, Zhang L, et al. Integrated metatranscriptomics and metabolomics reveal microbial succession and flavor formation mechanisms during the spontaneous fermentation of Laotan Suancai. Food Research International, 2024, 177: 113865.
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