2025-07-08
发酵食品是全球饮食的重要组成部分，占全球食物摄入量的三分之一。传统的发酵食品通常依赖于自然发酵，存在食品安全风险。构建适合发酵食品的合成微生物群落（SynComs）是解决这些问题的关键策略。近期华中农业大学赵述淼老师研究团队在iMetaOmics期刊发表发酵食品研究新文章“Native synthetic microbial communities enhance zha‐chili by boosting the fermentation capacity of indigenous microorganisms”！本实验以榨广椒为研究模型，设计并构建了由2种细菌和3种真菌组成的SynComs，通过多样性、宏基因组和代谢组技术探究发现，SynComs可以提高榨广椒产品的风味物质含量、缩短榨广椒的发酵时间，显著改变了其发酵系统中真菌群落构成和演替模式，为传统发酵食品的改良升级提供了宝贵的参考。
本研究中的16S rRNA 测序、ITS测序、宏基因组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。
图1 整体实验流程
研究结果
1.SynComs的构建和菌株分离
为了选择适合榨广椒发酵的SynComs，对榨广椒发酵过程中（0、3、10、30和45d）微生物群的动态变化、风味化合物的演变以及理化因素进行研究。一系列相关性分析发现，细菌和真菌之间的协同作用在榨广椒发酵过程中非常重要。这些微生物与多种风味物质和理化因素之间存在强烈的相关性，确定了具有统计学意义的SynCom1。为确保食品安全，决定从榨广椒中就地筛选出本地微生物，以形成SynComs。结合具有统计学意义的SynCom1和菌株分离结果，确定了本研究中的SynComs：Lactobacillus brevis (LAB)、Weissella confusa (Wess)、Pichia kudriavzevii (Pichi)、Candida glabrata (Can)、Saccharomyces cerevisiae(Sac)。
图2 筛选功能微生物菌属
2.SynComs中单独菌株的发酵效果
在进行SynComs发酵前，先验证接种单个菌株是否足以改善的榨广椒品质。 对5个单个菌株组和CK组检测发酵过程中水分含量、酸度和pH值，并利用GC-MS技术进行挥发性代谢物测定。结果表明单一菌株接种可以提高某些挥发性风味物质的产量，但主要理化因子的变化趋势并不随单个菌株接种而改变，表明单一菌株接种并不能全面提高榨广椒主要风味物质的产量。
图3 SynComs名单中菌株单独接种菌株的影响
3.接种SynComs对榨广椒的影响
比较CK组与接种SynComs组（Lpscw组）在发酵过程中主要理化因素、风味物质、微生物群落组成和功能基因的动态变化。结果显示，Lpscw组在pH值的变化上呈现出更快的下降趋势，且在发酵初期，Lpscw组的糖含量明显低CK组，这可能意味着Lpscw组中的微生物群落更高效地利用了糖分。GC-MS分析进一步揭示了两组之间的差异，随着发酵时间的延长，Lpscw组和CK组之间的风味物质差异逐渐增大，大多数挥发性化合物的含量随着发酵时间的延长而增加。表明Lpscw组在发酵过程的各个方面，包括理化因素、风味物质产生都表现出相对于CK组的优越性（图4）。
利用宏基因组测序技术深入探讨了榨广椒发酵过程中Lpscw组和CK组微生物群落的演替规律。结果显示，两组在微生物组成和演替趋势上展现出一定的相似性，LEfSe分析进一步揭示了两组之间存在显著差异的物种，特别是Lpscw组中其他真菌生物标志物的丰度也普遍较高，这表明SynComs的接种显著改变了榨广椒发酵过程中的真菌群落演替。综上所述，接种SynComs对榨广椒发酵过程中真菌群落的演替具有显著影响（图5）。
图4 SynComs的接种效果
图5 属水平微生物群落的组成和动态
4.接种SynComs改变了群落的演替模式
利用Raup-Crick指数（RC指数）来评估微生物群落的相似性及其背后的驱动因素。结果发现在真菌群落中，Lpscw组部分样本的RC指数接近0，表明这些样本可能受到随机过程的影响。NMDS分析结果表明，Lpscw组第45d的样本与其他样本存在显著差异，提供了关于微生物群落动态变化的直观证据（图6）。此外，通过两组微生物群落与挥发性风味物质相关性分析，发现在Lpscw组中，酵母菌、念珠菌、曲霉菌和微球菌与主要的挥发性风味物质呈正相关，有更多的菌属促进了这些风味物质的生成（图7）。
图6 Lpsc与CK群落的Raup-Crick指数计算分析
图7 CK组和Lpscw中挥发性风味物质和菌群的相关性结果
研究结论
合成微生物群落SynComs显著改善了发酵过程，缩短了约15d的发酵时间，提高了风味产量，大大改善了榨广椒的品质。同时改变了真菌群落的演替及功能基因组成，尤其是GH家族。SynComs可能增强了本地微生物产风味化合物的能力，提高了其他群落微生物对风味生产的贡献。这些发现凸显了SynComs在改良传统天然发酵食品中的重要作用，为今后提高发酵食品的安全性和风味稳定性提供了一种有效方法。
原文引用：Hongye Shen, Chuanyu Du, Shu Jiang, Weiwei Dong, Jinshan Li, Yongmei Hu, Nan Peng, et al. 2025. “Native Synthetic Microbial Communities Enhance zha-chili by Boosting the Fermentation Capacity of Indigenous Microorganisms”. iMetaOmics 2: e70009.
原文链接：https://doi.org/10.1002/imo2.70009.
