2024-05-27
老(lao)(lao)壇(tan)酸(suan)菜(cai)是(shi)一(yi)種受歡(huan)迎的(de)(de)(de)中國傳統發(fa)酵(jiao)蔬菜(cai)，在工業(ye)上經過(guo)４次發(fa)酵(jiao)生(sheng)(sheng)產。然(ran)而(er)，４個(ge)生(sheng)(sheng)產發(fa)酵(jiao)階段的(de)(de)(de)老(lao)(lao)壇(tan)酸(suan)菜(cai)風(feng)味品(pin)質差異及(ji)其原因尚(shang)不清楚。近日(ri)，南昌(chang)大學(xue)食品(pin)學(xue)院(yuan)熊濤教授團隊在《Food Chemistry》上發(fa)表了新的(de)(de)(de)研(yan)究成果，確定了老(lao)(lao)壇(tan)酸(suan)菜(cai)風(feng)味形成的(de)(de)(de)核心微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)和不同(tong)發(fa)酵(jiao)周(zhou)期的(de)(de)(de)差異特征風(feng)味化合物(wu)以及(ji)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)演替(ti)的(de)(de)(de)驅動因素(su)，揭示(shi)了關鍵風(feng)味化合物(wu)的(de)(de)(de)代謝途(tu)徑，以及(ji)與核心微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)關系，為(wei)研(yan)究老(lao)(lao)壇(tan)酸(suan)菜(cai)發(fa)酵(jiao)過(guo)程中風(feng)味品(pin)質的(de)(de)(de)提升提供了一(yi)個(ge)新的(de)(de)(de)視角。
派森諾提供了微生物(wu)多(duo)樣性測序和(he)部分分析服務～～
研究背景(jing) 作(zuo)為一種傳統發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)蔬菜(cai)，老(lao)(lao)壇(tan)酸菜(cai)因其(qi)風(feng)(feng)(feng)味(wei)獨特(te)而廣受(shou)消費者(zhe)歡迎，目前的(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)大多集中(zhong)在單輪實驗(yan)室規(gui)模(mo)的(de)發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)蔬菜(cai)中(zhong)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)群(qun)落和風(feng)(feng)(feng)味(wei)屬(shu)性(xing)之間的(de)相(xiang)關(guan)性(xing)上，很少有研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)關(guan)注(zhu)工業(ye)規(gui)模(mo)發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)蔬菜(cai)多輪發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)過程(cheng)中(zhong)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)演替和風(feng)(feng)(feng)味(wei)品(pin)質(zhi)的(de)差異。此(ci)外，對蔬菜(cai)發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)過程(cheng)中(zhong)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)群(qun)落聚(ju)集過程(cheng)的(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)也(ye)較少。因此(ci)，本(ben)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)對工業(ye)規(gui)模(mo)(500 kg/批(pi))老(lao)(lao)壇(tan)酸菜(cai)4輪發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)的(de)風(feng)(feng)(feng)味(wei)品(pin)質(zhi)和菌(jun)群(qun)進(jin)行了研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)，旨在確定影(ying)響風(feng)(feng)(feng)味(wei)形成的(de)核心微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)群(qun)、化合物(wu)，及其(qi)相(xiang)互作(zuo)用機制，進(jin)一步重點篩選具(ju)有優良風(feng)(feng)(feng)味(wei)調節能力的(de)發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)菌(jun)株來提高(gao)老(lao)(lao)壇(tan)酸菜(cai)的(de)風(feng)(feng)(feng)味(wei)品(pin)質(zhi)。
實驗設計 將新(xin)鮮腌雪(xue)里蕻加(jia)鹽(yan)水和(he)各種輔料室溫(wen)（約20℃-25℃）發(fa)(fa)(fa)酵一(yi)個(ge)月作為(wei)第一(yi)次(ci)發(fa)(fa)(fa)酵；取第一(yi)次(ci)發(fa)(fa)(fa)酵物加(jia)入老鹽(yan)水（鹽(yan)度6%-8%）放入壇子(zi)進(jin)行第二次(ci)發(fa)(fa)(fa)酵，重復(fu)第二次(ci)發(fa)(fa)(fa)酵的(de)步驟兩次(ci)，作為(wei)第3次(ci)和(he)第4次(ci)發(fa)(fa)(fa)酵。每(mei)一(yi)次(ci)發(fa)(fa)(fa)酵結束后(hou)，選擇5個(ge)特定罐，從每(mei)個(ge)罐的(de)上、中、底層采集樣(yang)(yang)品(pin)，充分(fen)混合(he)作為(wei)代表(biao)樣(yang)(yang)品(pin)（n=5）。
研究(jiu)結果 1. 老壇酸菜發(fa)(fa)酵4次發(fa)(fa)酵過(guo)程中(zhong)發(fa)(fa)酵參數的動(dong)態變(bian)化 對(dui)老壇(tan)酸(suan)(suan)菜(cai)(cai)不(bu)同發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)周(zhou)(zhou)期樣(yang)(yang)品(pin)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)參數(shu)進行檢測，發(fa)(fa)現(xian)不(bu)同發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)周(zhou)(zhou)期之間存在(zai)(zai)顯(xian)著(zhu)差異（圖1A-D）。pH在(zai)(zai)第1 ~ 3次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)時(shi)顯(xian)著(zhu)升高，在(zai)(zai)第4次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)時(shi)顯(xian)著(zhu)降低(di)(di)；老壇(tan)酸(suan)(suan)菜(cai)(cai)的(de)(de)(de)可滴定(ding)酸(suan)(suan)度（TA）隨著(zhu)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)次(ci)(ci)(ci)(ci)數(shu)的(de)(de)(de)增加而顯(xian)著(zhu)升高；鹽(yan)分在(zai)(zai)第1次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)樣(yang)(yang)品(pin)中(zhong)(zhong)含量最高，然后隨著(zhu)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)次(ci)(ci)(ci)(ci)數(shu)的(de)(de)(de)增加而顯(xian)著(zhu)下降；亞硝酸(suan)(suan)鹽(yan)含量從第1次(ci)(ci)(ci)(ci)到第2次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)過程中(zhong)(zhong)顯(xian)著(zhu)增加，從第2次(ci)(ci)(ci)(ci)到第4次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)時(shi)顯(xian)著(zhu)降低(di)(di)，且在(zai)(zai)第2次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)時(shi)達到峰值（4.57 mg/kg），值得注意(yi)的(de)(de)(de)是(shi)老壇(tan)酸(suan)(suan)菜(cai)(cai)在(zai)(zai)各(ge)次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)樣(yang)(yang)品(pin)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)亞硝酸(suan)(suan)鹽(yan)濃度均低(di)(di)于(yu)國家限量標準(zhun)（20 mg/kg）。 圖1 老壇酸菜四(si)次發酵過程中發酵參數和有機酸的(de)動態變化 ２. 老壇酸菜發(fa)酵4次(ci)發(fa)酵樣品的口感(gan)差異 在(zai)(zai)(zai)4次老壇酸(suan)(suan)(suan)菜(cai)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)過程中(zhong)，共檢(jian)出4種(zhong)有機酸(suan)(suan)(suan)和１７種(zhong)游離氨(an)(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)(suan)，且(qie)具有顯著(zhu)差異(yi)，其中(zhong)草酸(suan)(suan)(suan)、乳酸(suan)(suan)(suan)和乙(yi)酸(suan)(suan)(suan)含量(liang)(liang)隨著(zhu)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)次數(shu)的(de)(de)(de)增加(jia)而(er)(er)逐(zhu)漸積累(lei)，而(er)(er)蘋果酸(suan)(suan)(suan)含量(liang)(liang)呈先上升(sheng)后下降的(de)(de)(de)趨勢，且(qie)在(zai)(zai)(zai)第(di)3次發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)時(shi)達到(dao)峰值(zhi)（圖1G-H）。總氨(an)(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)(suan)、鮮(xian)味(wei)氨(an)(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)(suan)、甜味(wei)氨(an)(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)(suan)和苦味(wei)氨(an)(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)(suan)含量(liang)(liang)均隨發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)次數(shu)的(de)(de)(de)增加(jia)而(er)(er)增加(jia)。在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)同發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)周期(qi)(qi)中(zhong)，賴(lai)氨(an)(an)酸(suan)(suan)(suan)（Lys）含量(liang)(liang)最高，是(shi)除第(di)1輪發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)外各發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)輪中(zhong)唯一(yi)具有風味(wei)活性的(de)(de)(de)氨(an)(an)基(ji)(ji)酸(suan)(suan)(suan)，且(qie)其含量(liang)(liang)隨著(zhu)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)次數(shu)的(de)(de)(de)增加(jia)而(er)(er)不(bu)(bu)斷(duan)增加(jia)。綜上，不(bu)(bu)同發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)周期(qi)(qi)的(de)(de)(de)老壇酸(suan)(suan)(suan)菜(cai)口感品質的(de)(de)(de)差異(yi)主要歸因于(yu)草酸(suan)(suan)(suan)、乙(yi)酸(suan)(suan)(suan)、乳酸(suan)(suan)(suan)、蘋果酸(suan)(suan)(suan)和賴(lai)氨(an)(an)酸(suan)(suan)(suan)含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)變化。 表1老壇酸菜在四次發酵過程中17種游離氨基酸的(de)動態變化及其味(wei)覺活力(li)值分析 ３、老壇酸菜(cai)4次發酵過程中(zhong)香氣的變化 采用GC-QTOF/MS聯用技術對不(bu)(bu)同發(fa)酵(jiao)次(ci)(ci)數老(lao)壇(tan)酸菜的(de)揮發(fa)性代謝產物(wu)進行了分(fen)(fen)析(xi)，共檢出76種(zhong)(zhong)揮發(fa)性化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)，包(bao)括(kuo)22種(zhong)(zhong)萜類(lei)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)、13種(zhong)(zhong)硫化(hua)物(wu)、11種(zhong)(zhong)烴類(lei)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)、9種(zhong)(zhong)酯類(lei)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)、6種(zhong)(zhong)氮化(hua)物(wu)、5種(zhong)(zhong)醇類(lei)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)、4種(zhong)(zhong)異(yi)硫氰(qing)酸酯類(lei)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)、3種(zhong)(zhong)酮(tong)類(lei)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)和3種(zhong)(zhong)其(qi)他化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)。此外(wai)，第(di)3次(ci)(ci)發(fa)酵(jiao)樣品(pin)中(zhong)萜類(lei)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)的(de)含量低于其(qi)他發(fa)酵(jiao)輪(lun)，而異(yi)硫氰(qing)酸酯的(de)濃度(du)則相(xiang)反。各(ge)次(ci)(ci)發(fa)酵(jiao)樣品(pin)中(zhong)所有揮發(fa)性風(feng)味(wei)代謝物(wu)的(de)主成(cheng)分(fen)(fen)分(fen)(fen)析(xi)（PCA分(fen)(fen)析(xi)）和HCA得(de)分(fen)(fen)圖(tu)以及偏(pian)最小二(er)乘法(fa)分(fen)(fen)析(xi)（PLS-DA）結果表明(ming)第(di)2輪(lun)和第(di)3輪(lun)的(de)風(feng)味(wei)譜更為相(xiang)似。此外(wai)，共有31種(zhong)(zhong)代謝物(wu)（VIP>1，p<0.05）被(bei)鑒定為香(xiang)氣差(cha)(cha)異(yi)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)，且這(zhe)些差(cha)(cha)異(yi)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)同發(fa)酵(jiao)階分(fen)(fen)布(bu)不(bu)(bu)同，它們(men)在(zai)(zai)(zai)第(di)2、3次(ci)(ci)發(fa)酵(jiao)樣品(pin)中(zhong)分(fen)(fen)布(bu)更相(xiang)似。其(qi)中(zhong)，萜類(lei)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物(wu)主要(yao)是在(zai)(zai)(zai)第(di)1次(ci)(ci)和第(di)4次(ci)(ci)發(fa)酵(jiao)中(zhong)富集。上(shang)述結果表明(ming)，31種(zhong)(zhong)揮發(fa)性風(feng)味(wei)物(wu)質含量的(de)差(cha)(cha)異(yi)導致不(bu)(bu)同發(fa)酵(jiao)周期老(lao)壇(tan)酸菜香(xiang)氣品(pin)質的(de)差(cha)(cha)異(yi)。 圖(tu)2 老壇酸菜4次發酵(jiao)過程中(zhong)香(xiang)氣的(de)變化 ４、老壇酸菜形成過程中微(wei)生物群落的(de)演(yan)替 對不(bu)同發(fa)(fa)酵(jiao)周期的(de)(de)老壇酸(suan)菜(cai)樣(yang)(yang)品(pin)微生(sheng)物(wu)(wu)多(duo)樣(yang)(yang)性進行研(yan)究(jiu)，發(fa)(fa)現(xian)發(fa)(fa)酵(jiao)周期不(bu)同，其微生(sheng)物(wu)(wu)群(qun)落結構也不(bu)同。第1次(ci)(ci)發(fa)(fa)酵(jiao)樣(yang)(yang)品(pin)的(de)(de)物(wu)(wu)種(zhong)豐富度和均勻度均顯著高于第4次(ci)(ci)發(fa)(fa)酵(jiao)樣(yang)(yang)品(pin)，且隨(sui)發(fa)(fa)酵(jiao)次(ci)(ci)數的(de)(de)增加而逐漸降低。在門的(de)(de)水(shui)平(ping)上(shang)，4次(ci)(ci)發(fa)(fa)酵(jiao)樣(yang)(yang)品(pin)中的(de)(de)優勢(shi)菌(jun)均為厚(hou)壁菌(jun)門微生(sheng)物(wu)(wu)，但在屬水(shui)平(ping)和種(zhong)水(shui)平(ping)上(shang)，各發(fa)(fa)酵(jiao)樣(yang)(yang)品(pin)中的(de)(de)優勢(shi)菌(jun)各不(bu)相同，其含量(liang)變化趨勢(shi)也不(bu)一致。Lefse分析結果發(fa)(fa)現(xian)，不(bu)同發(fa)(fa)酵(jiao)周期樣(yang)(yang)品(pin)具有不(bu)同的(de)(de)差(cha)異標志(zhi)物(wu)(wu)。 圖3 老壇酸(suan)菜(cai)在4次(ci)發(fa)酵過(guo)程中微(wei)生物群落(luo)的演(yan)替 ５、老壇(tan)酸(suan)菜4次發酵(jiao)樣品(pin)中的微生物群(qun)落組合和共現模(mo)式 對老(lao)壇酸(suan)(suan)菜4次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)過程(cheng)中影(ying)響微生物(wu)群(qun)落(luo)聚集的(de)關(guan)鍵非生物(wu)因(yin)素(su)進行方(fang)差分(fen)解分(fen)析(xi)（VPA分(fen)析(xi)），發(fa)(fa)(fa)現有機(ji)酸(suan)(suan)（草(cao)酸(suan)(suan)、蘋果酸(suan)(suan)、乳酸(suan)(suan)和乙酸(suan)(suan)）和發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)參數(pH、TA、鹽分(fen)和亞硝酸(suan)(suan)鹽)與微生物(wu)群(qun)落(luo)結構顯著相關(guan)，其中有機(ji)酸(suan)(suan)是影(ying)響微生物(wu)群(qun)落(luo)組(zu)合的(de)主要(yao)驅動(dong)力。通過構建4次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)過程(cheng)中的(de)微生物(wu)共生網絡，發(fa)(fa)(fa)現各次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)樣(yang)品(pin)(pin)的(de)優勢(shi)(shi)菌群(qun)通常屬(shu)于同一模(mo)(mo)塊(kuai)：第2、3次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)樣(yang)品(pin)(pin)的(de)優勢(shi)(shi)菌群(qun)主要(yao)屬(shu)于模(mo)(mo)塊(kuai)1，第1次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)樣(yang)品(pin)(pin)的(de)優勢(shi)(shi)菌群(qun)主要(yao)屬(shu)于模(mo)(mo)塊(kuai)2，而第4次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)樣(yang)品(pin)(pin)的(de)優勢(shi)(shi)菌群(qun)主要(yao)屬(shu)于模(mo)(mo)塊(kuai)3。對４次(ci)(ci)(ci)(ci)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)樣(yang)品(pin)(pin)中的(de)微生物(wu)關(guan)鍵種進行Zi-Pi分(fen)析(xi)，共篩選得到４個(ge)connectors和１個(ge)module hub。 圖4 老壇酸菜4次發酵樣品(pin)中的(de)微生物群落組合和共現模式 ６、不同(tong)風味形成的核心微生物和潛在代謝網絡 對(dui)老(lao)壇酸(suan)(suan)菜(cai)４次(ci)發酵(jiao)樣品發微(wei)生(sheng)(sheng)物種(zhong)群與其(qi)(qi)風(feng)(feng)味特征進行Spearman相關(guan)分析，發現18株(zhu)細菌與35種(zhong)風(feng)(feng)味代謝物相關(guan)，其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)乳(ru)(ru)(ru)桿(gan)菌屬、那慕爾促(cu)生(sheng)(sheng)乳(ru)(ru)(ru)桿(gan)菌、耐酸(suan)(suan)乳(ru)(ru)(ru)桿(gan)菌、植物乳(ru)(ru)(ru)植物桿(gan)菌、消化伴生(sheng)(sheng)乳(ru)(ru)(ru)桿(gan)菌、發酵(jiao)粘液(ye)乳(ru)(ru)(ru)桿(gan)菌和棒狀腐敗乳(ru)(ru)(ru)桿(gan)菌為差異風(feng)(feng)味形成的(de)核心微(wei)生(sheng)(sheng)物。此外(wai)，基于KEGG數據庫，通過PICuRST2的(de)功能預測(ce)，重構了差異特征風(feng)(feng)味化合物的(de)潛在代謝途徑，結果(guo)表明賴氨酸(suan)(suan)和L-亮氨酸(suan)(suan)主(zhu)要由原料中(zhong)(zhong)的(de)蛋白質水(shui)解產生(sheng)(sheng)。 圖5 ; 關鍵風味(wei)形成的核心微(wei)生物和潛(qian)在的代謝(xie)網絡
研(yan)究結論(lun) 對(dui)老壇酸(suan)菜4種發酵樣品中風味代(dai)謝產物(wu)(wu)和微生(sheng)物(wu)(wu)菌群的動態變(bian)化進行研究，獲得以下研究結論： （１）老壇酸(suan)菜樣(yang)品中有機酸(suan)的含(han)量隨著發酵次數(shu)的增加(jia)而不斷積(ji)累，引起老壇酸(suan)菜酸(suan)味過酸(suan)； （２）31種揮(hui)發(fa)性風味物(wu)質(zhi)的(de)含量在各次(ci)發(fa)酵(jiao)樣品具(ju)有一(yi)定的(de)差(cha)異，其中第2次(ci)和第3次(ci)發(fa)酵(jiao)樣品的(de)香氣成分接近； （３）老(lao)壇(tan)酸菜在(zai)發酵(jiao)過程(cheng)中(zhong)為區別風味形(xing)成的核心微生(sheng)(sheng)物有(you)乳(ru)(ru)桿(gan)菌(jun)(jun)屬、那慕(mu)爾促生(sheng)(sheng)乳(ru)(ru)桿(gan)菌(jun)(jun)、耐酸乳(ru)(ru)桿(gan)菌(jun)(jun)、植(zhi)物乳(ru)(ru)植(zhi)物桿(gan)菌(jun)(jun)、消化(hua)伴生(sheng)(sheng)乳(ru)(ru)桿(gan)菌(jun)(jun)、發酵(jiao)粘液乳(ru)(ru)桿(gan)菌(jun)(jun)和棒狀腐(fu)敗乳(ru)(ru)桿(gan)菌(jun)(jun)。
原文引(yin)用： Xiong S, Xu X, Du T, et al. Organic acids drove the microbiota succession and consequently altered the flavor quality of Laotan Suancai across fermentation rounds: Insights from the microbiome and metabolome. Food Chemistry. 2024 450:139335. DOI: 10.1016/j.foodchem.2024.139335.
原文(wen)鏈(lian)接： DOI: 10.1016/j.foodchem.2024.139335.
