2025-06-09
英文名稱：Unveiling flavor formation and variation in fermented vinasse grass carp based on the dynamic correlation of microbiota with metabolites by multi-omics and bioinformatics approaches
研究對象：酒糟發酵草魚
研究方法：微生物組、代謝組
發表期刊：Food Chemistry
發表時間：2025年
影響因子：8.5
研究亮點
多組學技術整合揭示動態關聯
研究創新性地整合揮(hui)發(fa)物組(zu)學(xue)（電子鼻、GC-MS）、微(wei)生物組(zu)學(xue)（16S rRNA/ITS高通量測序）和非(fei)靶向(xiang)代(dai)謝組(zu)學(xue)，首次系統(tong)解析了酒糟草魚發(fa)酵過程(cheng)中(zhong)微(wei)生物群落(luo)演替與(yu)代(dai)謝物（尤(you)其是(shi)風味物質）的動(dong)態(tai)關聯(lian)，突(tu)破了傳統(tong)單一(yi)技術局限，實現(xian)了從(cong)靜態(tai)到動(dong)態(tai)機(ji)制的跨越。
關鍵風味化合物與微生物功能菌群的精準鎖定
通過氣(qi)味活性(xing)值（OAV＞1）和變(bian)量(liang)重要性(xing)投影（VIP＞1）雙標準(zhun)篩選，從160種揮發(fa)性(xing)化合物(wu)中鑒定出17種關鍵風(feng)(feng)味物(wu)質(zhi)，包(bao)括己酸乙酯、丁香酚、β-石竹烯等，賦予酒糟草魚獨特風(feng)(feng)味；同時結合生物(wu)信息(xi)學分析，明確葡萄球菌（Staphylococcus）、酵母菌（Saccharomyces）為優勢功(gong)能(neng)菌，乳(ru)酸菌（Lactobacillus）、曲(qu)霉（Aspergillus）等隨發(fa)酵進程(cheng)顯著增加，直接驅動風(feng)(feng)味形成(cheng)。
微生物-代謝物互作網絡的動態解析
利用相(xiang)關性網絡模型和代謝通路(lu)分析，闡明(ming)微生(sheng)物(wu)(wu)通過調控脂(zhi)質代謝（如(ru)α-亞麻酸、花生(sheng)四烯酸途徑(jing)）、碳水(shui)化合(he)物(wu)(wu)及(ji)氨(an)基酸代謝，主導關鍵風味(wei)化合(he)物(wu)(wu)的生(sheng)成。例如(ru)：乳酸菌與酯類物(wu)(wu)質（己酸乙(yi)酯）呈(cheng)強正相(xiang)關，酵母(mu)菌促進醇類（苯乙(yi)醇）合(he)成，揭(jie)示(shi)了風味(wei)形(xing)成的生(sheng)化基礎。
發酵工藝參數的調控機制驗證
研究量化了(le)水(shui)分(fen)(fen)、酸度、還原(yuan)糖(tang)等理化參(can)數對微(wei)生物群落結構的驅動作用：水(shui)分(fen)(fen)活度（Aw）下降抑制(zhi)腐敗菌(jun)，而總酸度上升促進乳(ru)酸菌(jun)增殖，進而優化風味代謝(xie)途(tu)徑(jing)。該發現為精準(zhun)調控發酵工藝（如水(shui)分(fen)(fen)添加、發酵時長）以提(ti)(ti)升產(chan)品(pin)質(zhi)量提(ti)(ti)供了(le)理論依據。
研究背景
傳統發酵魚制品的風味價值與產業需求
文化(hua)背景：酒糟發(fa)酵草魚(yu)是中國貴州等地的特色(se)傳統食品，依(yi)賴(lai)自然發(fa)酵形成獨特風(feng)味(wei)，但工(gong)藝標準化(hua)程度低。
產(chan)(chan)業痛點：工業化生產(chan)(chan)中風味不(bu)穩(wen)定、品質波動(dong)大，亟(ji)需科學解析風味形(xing)成機制以實現精準(zhun)調控。
風味形成機制的認知局限
傳統研究缺(que)陷(xian)：既(ji)往分析多聚焦靜態的(de)理化指(zhi)標（如pH、鹽度）或單一微(wei)生物類群，忽(hu)視微(wei)生物群落(luo)與代謝物的(de)動態協同作用。
核心科學問題：發酵過(guo)(guo)程中微生物(wu)如(ru)何通過(guo)(guo)代謝網絡(luo)驅動(dong)關(guan)鍵風味物(wu)質（酯類(lei)、醇類(lei)等）的時序(xu)性變化尚(shang)未系統(tong)闡明(ming)。
酒糟發酵體系的復雜性挑戰
多因素交互(hu)影響：酒糟（含(han)淀粉(fen)、有機酸等）作為發酵(jiao)基(ji)質，其成(cheng)分與魚(yu)體(ti)蛋白/脂(zhi)質相互(hu)作用，疊加環境微生(sheng)物定(ding)植，形成(cheng)高度(du)復雜的代謝生(sheng)態(tai)網絡。
技(ji)術瓶頸：傳統方法難以解析微生物-代謝物-基質的多元關聯(lian)，導致風味調(diao)控缺乏靶向(xiang)性。
多組學技術的突破性應用機遇
方法論革新：宏基因組學、代(dai)謝(xie)組學等技術的發(fa)展(zhan)，為實時追蹤發(fa)酵過(guo)程中微生物(wu)群落演替(ti)與代(dai)謝(xie)物(wu)動態關聯(lian)提供可能。
行業推動(dong)力：整合生物信(xin)息學構建“微(wei)生物-代謝物-風味(wei)”調(diao)控(kong)模型，是推動(dong)傳統食品現(xian)代化升級的關鍵路徑。
研究結果
關鍵風味化合物鑒定與動態變化
揮(hui)發性(xing)(xing)物質譜圖：共鑒定(ding)出160種(zhong)揮(hui)發性(xing)(xing)化合物（VCs），通(tong)過 “氣味活性(xing)(xing)值(zhi)（OAV＞1） + 變量(liang)重要性(xing)(xing)投影（VIP＞1）”雙標準(zhun)篩選，鎖定(ding) 17種(zhong)關(guan)鍵(jian)風味物質，包括(kuo)己(ji)酸乙(yi)酯（果香(xiang)）、丁香(xiang)酚（辛香(xiang)）、β-石竹烯(xi)（木香(xiang)）、苯(ben)乙(yi)醇（花香(xiang)）等。
風味(wei)貢(gong)獻機(ji)制：酯類(lei)(lei)（如(ru)己酸乙酯、棕櫚酸乙酯）主(zhu)導果香(xiang)(xiang)(xiang)與酒香(xiang)(xiang)(xiang)，醛類(lei)(lei)（如(ru)己醛）提供青草香(xiang)(xiang)(xiang)，酚類(lei)(lei)（丁香(xiang)(xiang)(xiang)酚）增強(qiang)辛(xin)香(xiang)(xiang)(xiang)層次。發(fa)酵中(zhong)后(hou)期(qi)酯類(lei)(lei)含量顯著(zhu)上(shang)升，與微生物(wu)代謝活動(dong)直接相關。
微生物群落演替規律及驅動因素
優勢菌群動態(tai)：早期：葡萄球菌（Staphylococcus）、酵母菌（Saccharomyces）為初始優勢菌；
?中后期：乳(ru)酸菌(jun)(jun)（Lactobacillus）、曲霉（Aspergillus）、威克漢姆酵母（Wickerhamomyces）豐度顯著增加，而巨(ju)球(qiu)菌(jun)(jun)（Macrococcus）和根霉（Rhizopus）減(jian)少。
環(huan)境驅動(dong)因子：水分活度（Aw）下降(jiang)抑制腐敗菌增殖；總(zong)酸度上升促進乳酸菌生長；還原糖消耗與酵母菌代謝活性正相關。
微生物-代謝物互作網絡與風味形成機制
代謝通路調控：
脂質(zhi)代謝主導(dao)：微生物通(tong)過調控α-亞(ya)麻(ma)酸(suan)、花生四烯酸(suan)代謝途徑(jing)，生成醛類(lei)、酮(tong)類(lei)等(deng)風味前體物；
酯(zhi)類合(he)成關鍵途徑：乳酸菌與己酸乙酯(zhi)等酯(zhi)類物質呈強(qiang)正相關（*r* > 0.8），其分泌的酯(zhi)酶催化脂肪(fang)酸與乙醇酯(zhi)化。
微生物功能分工：
Staphylococcus：促進醛類（如壬醛）積累；
Saccharomyces：驅動醇類(lei)（如苯(ben)乙醇）合成；
Lactobacillus：通過氨基(ji)酸(suan)代謝生成3-甲基(ji)丁醛等風味增強(qiang)物。
多組學整合模型揭示動態關聯
技術整合策略：
生物信息學驗證：
相關性網絡分析顯示，Lactobacillus與酯類(lei)、Saccharomyces與醇(chun)類(lei)形成緊(jin)密正(zheng)相關簇；
機(ji)(ji)器(qi)學習(xi)模型（如隨機(ji)(ji)森(sen)林）量化菌群對風味(wei)變(bian)化的貢獻率高達(da)72.3%。
結論啟示：
該(gai)研究首次通(tong)過多(duo)組學整合揭(jie)示了酒糟(zao)草魚(yu)發酵(jiao)中(zhong) “微生物演替→代謝通(tong)路(lu)激活→關鍵風味(wei)化(hua)合物生成” 的動態鏈條(tiao)，為傳統發酵(jiao)食(shi)品的 標(biao)準化(hua)生產 和 風味(wei)定向改良 提供了可(ke)量(liang)化(hua)的生物標(biao)志物與調控策略。
草(cao)魚酒糟發酵過程中(zhong)揮發性化合物的變(bian)化
草魚酒糟(zao)發酵(jiao)過程中的微生物學(xue)分析
草魚酒糟發酵過程中非揮發性代謝(xie)物分析(xi)
優勢菌群與(yu)理化性(xing)質、關鍵香氣成(cheng)分及(ji)差(cha)異(yi)代謝物(wu)的相關性(xing)分析
參考文(wen)獻：Zhang X, Li H, Nie J, Wu D, Huang Q. Unveiling flavor formation and variation in fermented vinasse grass carp based on the dynamic correlation of microbiota with metabolites by multi-omics and bioinformatics approaches. Food Chem. 2025 May 12;487:144730. doi: 10.1016/j.foodchem.2025.144730. Epub ahead of print. PMID: 40367658
