2025-03-18
Highlights
1、本文(wen)匯總了食品發酵領(ling)域熱點研(yan)究方(fang)向及組學(xue)研(yan)究思路。
2、食品發酵是一個涉及微生物代謝、底物轉化、風味形成及品質控制的復雜過程，多(duo)組(zu)學技(ji)術的整合為解析(xi)其機制提供(gong)了(le)系統性研究工具。
3、派森諾提供多組(zu)(zu)(zu)學檢測服務，包括微生物(wu)組(zu)(zu)(zu)、基因(yin)組(zu)(zu)(zu)、轉錄組(zu)(zu)(zu)、蛋(dan)白(bai)組(zu)(zu)(zu)、代謝(xie)組(zu)(zu)(zu)及表觀(guan)調控等，結(jie)合(he)多組學聯合(he)分析技術，助力食品發酵科(ke)學高效突破，案(an)例成果多多。
老祖宗的智慧讓發酵技藝流傳(chuan)千年，但傳(chuan)統工藝往往面(mian)臨“靠天(tian)吃飯”的困境——菌(jun)群(qun)不(bu)穩定(ding)、風味難控制、安全風險難追(zhui)溯。不(bu)過時至今(jin)日，科(ke)學家們(men)已經擁(yong)有了現代化多組學的“武器庫(ku)”：微(wei)(wei)生物組→捕獲關(guan)鍵微(wei)(wei)生物信(xin)息 | 基因組→鎖定(ding)功能基因 | 轉錄組→監聽(ting)微(wei)(wei)生物“聊天(tian)記錄” | 代謝組→捕捉風味分子軌跡 | 蛋(dan)白組→追(zhui)蹤酶工廠(chang)動態。
以下是當前(qian)該領(ling)域的熱(re)點(dian)方向及典型研究思路：
1、微生物(wu)群落功能解析與精準調控
研究熱點
核心功能菌群(qun)鑒定：識別驅動特定發酵階段(duan)（如(ru)產(chan)酸、產(chan)香）的關鍵(jian)菌種
菌株互作機(ji)制：解析微生(sheng)物間的代謝協作(zuo)/競(jing)爭關系（如乳(ru)酸菌與(yu)酵母的共(gong)生(sheng)）
合成菌群構建：通(tong)過人工組(zu)合功能(neng)菌實現發酵過程定向調控(kong)
研究思路
多(duo)組學(xue)策略(lve)：宏基(ji)因(yin)組(zu)(zu)（物種組(zu)(zu)成）+ 宏轉錄組(zu)(zu)（活性基(ji)因(yin)）+ 代(dai)謝組(zu)(zu)（產(chan)物動態）聯合分析
實驗設計(ji)
時間序列采樣：覆蓋(gai)發酵(jiao)初期、主發酵(jiao)期、成熟期等(deng)關鍵節點
分(fen)組對(dui)比：傳統發(fa)酵(jiao)(jiao) vs. 工業化發(fa)酵(jiao)(jiao)，自然(ran)發(fa)酵(jiao)(jiao) vs. 接種發(fa)酵(jiao)(jiao)
分析(xi)方(fang)法
網絡分析（如Co-occurrence network）關聯優(you)勢菌與(yu)代謝物
功(gong)能基因注釋（如KEGG/CAZy數據庫）預測(ce)關鍵(jian)代謝(xie)通路
機器學(xue)習(xi)預測關鍵調控(kong)因子（如(ru)pH、溫度對菌群結構的(de)影響）
2、代謝網絡(luo)重構與風味形(xing)成機制
研究熱點
特征風味物質溯源(yuan)：追蹤關鍵(jian)風味化合(he)物(wu)（如酯類(lei)、醛類(lei)）的生物(wu)合(he)成途徑
代謝流(liu)動態分析：量化底(di)物（如淀粉(fen)、蛋白質）向終(zhong)產物（如乙醇、氨基(ji)酸）的轉(zhuan)化效(xiao)率(lv)
副產(chan)物抑制(zhi)機(ji)制(zhi)：解析不良代謝物（如(ru)生物胺）的生成與(yu)調控
研究思(si)路
多(duo)組學策略：代(dai)謝(xie)組（靶(ba)向/非靶(ba)向）+ 轉錄(lu)組（差(cha)異表達基因）+ 蛋白組（酶活性驗(yan)證）
數(shu)據分析(xi)
構建代謝網絡模型
關鍵酶(mei)基(ji)因(yin)敲(qiao)除/過表達(da)驗(yan)證
3、發酵(jiao)工(gong)藝(yi)優(you)化與智能化控制
研究熱點
關(guan)鍵(jian)工(gong)藝參數(shu)識別：溫(wen)度、pH、氧氣等對微生物群(qun)落及產物譜的影(ying)響(xiang)
發酵過程預測模型：基于多組(zu)學數據(ju)的發酵終點判斷
實(shi)時監測技術(shu)開發：傳感器與組學數據的融合應用
研究思路
多(duo)組學策(ce)略：時(shi)間序(xu)列多組(zu)學(xue) + 環境因子監測數(shu)據(ju)整合
應用(yong)場景(jing)：如酸奶發酵中后酸化過程的精(jing)準抑制等
4、發酵食品(pin)安全與(yu)風險防控(kong)
研究熱點(dian)
有害物質(zhi)生成機制(zhi)：真菌毒素、生物胺(an)等風險因子的動(dong)態監測
耐藥基因傳播預警：發酵體系中抗生素耐藥基因的(de)擴散(san)規律
污染物溯源：重金屬/農藥殘留對發酵微生(sheng)物的影(ying)響
研究(jiu)思(si)路
多(duo)組學策略：抗(kang)性基因組（ARGs數據(ju)庫）+ 代(dai)謝組（毒素(su)檢測）+ 宏基因組（污染物降解菌篩選）
技(ji)術(shu)路線
案例(li)分(fen)享
老壇酸菜自發發酵過(guo)程中的微生物演替和風味(wei)形成(cheng)機(ji)制
Integrated metatranscriptomics and metabolomics reveal microbial succession and flavor formation mechanisms during the spontaneous fermentation of Laotan Suancai
發表期刊：Food Research International
影響因子：8.1
通訊單位：南昌大學
組學技術：宏轉錄(lu)組+代謝組
研(yan)究背景：老壇酸菜一(yi)般以雪里蕻為主料，加入紅辣椒、生(sheng)姜、大蒜等調料，在(zai)(zai)壇子里腌制一(yi)個月(yue)。老壇酸菜的(de)(de)(de)(de)消費(fei)群(qun)體極(ji)其(qi)(qi)龐大，2020 年的(de)(de)(de)(de)年產(chan)量(liang)達(da)到 507 萬噸。因此，老壇酸菜需要大規模的(de)(de)(de)(de)工業生(sheng)產(chan)來滿足消費(fei)者的(de)(de)(de)(de)需求(qiu)。一(yi)些(xie)研(yan)究調查了風(feng)味特征及(ji)其(qi)(qi)與微(wei)生(sheng)物群(qun)落的(de)(de)(de)(de)相關性，結果表(biao)明這些(xie)風(feng)味化合物主要與乳(ru)酸桿菌、哈拉(la)納氏菌和(he)鹵單胞菌有關。然而(er)，根據這些(xie)統計分析(xi)的(de)(de)(de)(de)結果，很難揭示微(wei)生(sheng)物群(qun)落在(zai)(zai)風(feng)味形成中的(de)(de)(de)(de)具體作用。老壇酸菜中產(chan)生(sheng)風(feng)味的(de)(de)(de)(de)核(he)心功能微(wei)生(sheng)物群(qun)和(he)風(feng)味代謝途徑中的(de)(de)(de)(de)關鍵酶需要系(xi)統地闡(chan)明。
技術路線：
研究方法：采(cai)集不同發酵(jiao)時期(qi)（發酵(jiao)0、1、4、7、14、28、42d）的老壇酸菜鹽(yan)水，采(cai)用(yong)宏(hong)轉錄組與代謝組分別對(dui)發酵(jiao)過程中的活性(xing)微生(sheng)物與代謝物質進行檢測(ce)。
部(bu)分(fen)研(yan)究(jiu)結果：通過代謝組學分(fen)析，共鑒定(ding)出老壇(tan)酸(suan)(suan)菜中 21 種(zhong)特(te)征風味(wei)代謝物，包括 8 種(zhong)硫(liu)化物、6 種(zhong)萜烯類(lei)化合物、3 種(zhong)有機(ji)(ji)酸(suan)(suan)、2 種(zhong)異硫(liu)氰酸(suan)(suan)鹽、1 種(zhong)酯和(he) 1 種(zhong)吡嗪。宏轉錄組分(fen)析揭示了發酵不同(tong)階(jie)段活(huo)性微生物群的變化，進一步分(fen)析表明有機(ji)(ji)酸(suan)(suan)是微生物演(yan)替的主要驅動力。
圖(tu) 老壇酸菜發酵(jiao)過程(cheng)中的理化性質和非揮(hui)發性風(feng)味特(te)征
圖 老壇(tan)酸菜發酵過程(cheng)中微生物群落演(yan)替的(de)驅動因素和共生模(mo)式
圖 特征(zheng)風味代(dai)謝物(wu)與活性微(wei)生(sheng)物(wu)群之間的相關性
圖 重構特色風(feng)味化合物(wu)形成的(de)代謝網(wang)絡（整合元(yuan)轉錄組(zu)和風(feng)味代謝組(zu)數據集）
研(yan)究結論：本研(yan)究通過代謝(xie)組和(he)宏(hong)轉錄組分析，對老(lao)壇酸(suan)(suan)(suan)(suan)菜(cai)(cai)(cai)發(fa)酵過程(cheng)中(zhong)的(de)風(feng)(feng)味(wei)(wei)(wei)特(te)征(zheng)和(he)活性(xing)微(wei)生物(wu)群(qun)演替進行了(le)研(yan)究。乳(ru)酸(suan)(suan)(suan)(suan)是老(lao)壇酸(suan)(suan)(suan)(suan)菜(cai)(cai)(cai)的(de)主(zhu)要有機(ji)酸(suan)(suan)(suan)(suan)，在(zai)(zai)老(lao)壇酸(suan)(suan)(suan)(suan)菜(cai)(cai)(cai)中(zhong)發(fa)現了(le)21種(zhong)特(te)征(zheng)風(feng)(feng)味(wei)(wei)(wei)化(hua)合(he)物(wu)，包括8種(zhong)硫化(hua)物(wu)、6種(zhong)萜烯(xi)(xi)、3種(zhong)有機(ji)酸(suan)(suan)(suan)(suan)、2種(zhong)異硫氰酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽、1種(zhong)酯和(he)1種(zhong)吡嗪。甘油醛-3P、磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)烯(xi)(xi)醇丙(bing)酮(tong)酸(suan)(suan)(suan)(suan)、丙(bing)酮(tong)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和(he)乙(yi)酰-CoA 是形成(cheng)(cheng)這些特(te)征(zheng)味(wei)(wei)(wei)道(dao)的(de)關(guan)鍵中(zhong)間代謝(xie)產(chan)物(wu)。在(zai)(zai)老(lao)壇酸(suan)(suan)(suan)(suan)菜(cai)(cai)(cai)的(de)不(bu)同發(fa)酵階段(duan)，各種(zhong)微(wei)生物(wu)依次(ci)占據(ju)主(zhu)導地位，主(zhu)要由(you)有機(ji)酸(suan)(suan)(suan)(suan)（尤其是乙(yi)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和(he)異丁酸(suan)(suan)(suan)(suan)）驅(qu)動(dong)。此(ci)外，食品乳(ru)桿菌(jun)（Companilactobacillus alimentarius）、西(xi)巴氏乳(ru)桿菌(jun)（Weissella cibaria）、植(zhi)物(wu)乳(ru)桿菌(jun)（Lactiplantibacillus plantarum）和(he)椰菜(cai)(cai)(cai)乳(ru)桿菌(jun)（Loigolactobacillus coryniformis）被確定(ding)為核心功(gong)能(neng)微(wei)生物(wu)，參與了(le)特(te)征(zheng)風(feng)(feng)味(wei)(wei)(wei)化(hua)合(he)物(wu)的(de)形成(cheng)(cheng)。此(ci)外，核心功(gong)能(neng)微(wei)生物(wu)在(zai)(zai)老(lao)壇酸(suan)(suan)(suan)(suan)菜(cai)(cai)(cai)風(feng)(feng)味(wei)(wei)(wei)形成(cheng)(cheng)過程(cheng)中(zhong)的(de)具體(ti)作(zuo)用(yong)仍(reng)需(xu)在(zai)(zai)代謝(xie)水平上進一步驗證，以獲得具有風(feng)(feng)味(wei)(wei)(wei)調節(jie)作(zuo)用(yong)的(de)優良菌(jun)株，從而在(zai)(zai)老(lao)壇酸(suan)(suan)(suan)(suan)菜(cai)(cai)(cai)的(de)工業化(hua)生產(chan)中(zhong)實現風(feng)(feng)味(wei)(wei)(wei)品質的(de)定(ding)向調節(jie)和(he)可重復性(xing)。
