2025-07-08
發酵食品是全球飲食的重要組成部分，占全球食物攝入量的三分之一。傳統的發酵食品通常依賴于自然發酵，存在食品安全風險。構建適合發酵食品的合成微生物群落（SynComs）是解決這些問題的關鍵策略。近期華中農業大學趙述淼老師研究團隊在iMetaOmics期(qi)刊發(fa)(fa)(fa)表發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)食品研究新文章“Native synthetic microbial communities enhance zha‐chili by boosting the fermentation capacity of indigenous microorganisms”！本(ben)實(shi)驗以(yi)榨廣(guang)(guang)椒(jiao)為研究模型，設計并構(gou)建(jian)了由2種(zhong)細菌和3種(zhong)真菌組(zu)成(cheng)的(de)SynComs，通(tong)過多樣性、宏基因組(zu)和代謝組(zu)技術探(tan)究發(fa)(fa)(fa)現，SynComs可以(yi)提(ti)高榨廣(guang)(guang)椒(jiao)產品的(de)風味物質含(han)量(liang)、縮短(duan)榨廣(guang)(guang)椒(jiao)的(de)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)時間(jian)，顯著改(gai)變了其發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)系統中真菌群落構(gou)成(cheng)和演替模式，為傳統發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)食品的(de)改(gai)良升(sheng)級(ji)提(ti)供了寶貴(gui)的(de)參考。
本研究中的16S rRNA 測序、ITS測序、宏(hong)基(ji)因(yin)組(zu)測序和部(bu)分分析工作由上(shang)海(hai)派森諾(nuo)生物科技股份有(you)限公司(si)完成。
圖1 整體實驗流程
研究結果(guo)
1.SynComs的構建和菌株分離(li)
為(wei)了選擇適合(he)(he)榨廣(guang)(guang)(guang)(guang)椒(jiao)發(fa)(fa)酵(jiao)的(de)(de)SynComs，對榨廣(guang)(guang)(guang)(guang)椒(jiao)發(fa)(fa)酵(jiao)過程中（0、3、10、30和(he)(he)45d）微生(sheng)(sheng)物(wu)群(qun)的(de)(de)動態變(bian)化(hua)、風味化(hua)合(he)(he)物(wu)的(de)(de)演變(bian)以(yi)及理(li)化(hua)因素進行(xing)研究。一(yi)系列相(xiang)關性(xing)分析(xi)發(fa)(fa)現，細菌和(he)(he)真菌之間的(de)(de)協(xie)同作(zuo)用在(zai)(zai)榨廣(guang)(guang)(guang)(guang)椒(jiao)發(fa)(fa)酵(jiao)過程中非常重要。這些(xie)微生(sheng)(sheng)物(wu)與多(duo)種風味物(wu)質和(he)(he)理(li)化(hua)因素之間存(cun)在(zai)(zai)強烈的(de)(de)相(xiang)關性(xing)，確(que)定(ding)了具(ju)有(you)統計學意義(yi)的(de)(de)SynCom1。為(wei)確(que)保食品安全，決定(ding)從榨廣(guang)(guang)(guang)(guang)椒(jiao)中就地(di)篩選出本(ben)地(di)微生(sheng)(sheng)物(wu)，以(yi)形成SynComs。結合(he)(he)具(ju)有(you)統計學意義(yi)的(de)(de)SynCom1和(he)(he)菌株分離結果(guo)，確(que)定(ding)了本(ben)研究中的(de)(de)SynComs：Lactobacillus brevis (LAB)、Weissella confusa (Wess)、Pichia kudriavzevii (Pichi)、Candida glabrata (Can)、Saccharomyces cerevisiae(Sac)。
圖2 篩選功(gong)能微(wei)生物菌(jun)屬
2.SynComs中單獨菌株(zhu)的發酵效果
在(zai)進行(xing)SynComs發酵前，先驗證接(jie)種單(dan)個(ge)(ge)菌(jun)株(zhu)是否足(zu)以改善的榨廣(guang)椒品質(zhi)(zhi)。 對5個(ge)(ge)單(dan)個(ge)(ge)菌(jun)株(zhu)組和CK組檢測發酵過程(cheng)中水(shui)分含量、酸度(du)和pH值，并(bing)利用GC-MS技術進行(xing)揮(hui)發性(xing)代謝物測定。結果表明單(dan)一菌(jun)株(zhu)接(jie)種可以提(ti)高某(mou)些揮(hui)發性(xing)風味物質(zhi)(zhi)的產(chan)量，但主(zhu)要理化因子的變化趨(qu)勢(shi)并(bing)不(bu)隨單(dan)個(ge)(ge)菌(jun)株(zhu)接(jie)種而改變，表明單(dan)一菌(jun)株(zhu)接(jie)種并(bing)不(bu)能全面提(ti)高榨廣(guang)椒主(zhu)要風味物質(zhi)(zhi)的產(chan)量。
圖3 SynComs名單中(zhong)菌株(zhu)單獨接種(zhong)菌株(zhu)的影(ying)響
3.接種SynComs對榨廣椒的影(ying)響
比較CK組(zu)(zu)(zu)與接種SynComs組(zu)(zu)(zu)（Lpscw組(zu)(zu)(zu)）在發(fa)酵過(guo)程(cheng)中主要理化(hua)因(yin)素、風味(wei)(wei)(wei)物(wu)質、微(wei)(wei)生物(wu)群落組(zu)(zu)(zu)成和功能(neng)基因(yin)的(de)(de)動態(tai)變(bian)化(hua)。結果顯示，Lpscw組(zu)(zu)(zu)在pH值的(de)(de)變(bian)化(hua)上呈(cheng)現出更(geng)快的(de)(de)下降(jiang)趨勢，且在發(fa)酵初(chu)期，Lpscw組(zu)(zu)(zu)的(de)(de)糖含(han)量(liang)明(ming)顯低CK組(zu)(zu)(zu)，這可能(neng)意味(wei)(wei)(wei)著(zhu)(zhu)Lpscw組(zu)(zu)(zu)中的(de)(de)微(wei)(wei)生物(wu)群落更(geng)高效地(di)利用了糖分。GC-MS分析(xi)進一步(bu)揭示了兩組(zu)(zu)(zu)之間的(de)(de)差異，隨(sui)著(zhu)(zhu)發(fa)酵時間的(de)(de)延(yan)長，Lpscw組(zu)(zu)(zu)和CK組(zu)(zu)(zu)之間的(de)(de)風味(wei)(wei)(wei)物(wu)質差異逐漸增大(da)，大(da)多數揮發(fa)性化(hua)合(he)物(wu)的(de)(de)含(han)量(liang)隨(sui)著(zhu)(zhu)發(fa)酵時間的(de)(de)延(yan)長而(er)增加(jia)。表明(ming)Lpscw組(zu)(zu)(zu)在發(fa)酵過(guo)程(cheng)的(de)(de)各個方面，包(bao)括理化(hua)因(yin)素、風味(wei)(wei)(wei)物(wu)質產生都表現出相對于CK組(zu)(zu)(zu)的(de)(de)優越(yue)性（圖(tu)4）。
利用宏基因(yin)組(zu)(zu)測序技術深入探討了(le)榨(zha)廣椒發(fa)酵(jiao)過程(cheng)(cheng)中(zhong)Lpscw組(zu)(zu)和CK組(zu)(zu)微生物(wu)群(qun)(qun)落(luo)(luo)的演替(ti)規律。結果顯示(shi)，兩組(zu)(zu)在(zai)微生物(wu)組(zu)(zu)成和演替(ti)趨勢(shi)上(shang)(shang)展現(xian)出一定的相似性，LEfSe分析(xi)進一步揭示(shi)了(le)兩組(zu)(zu)之間存在(zai)顯著差異的物(wu)種，特別(bie)是Lpscw組(zu)(zu)中(zhong)其(qi)他真菌(jun)(jun)生物(wu)標志物(wu)的豐度(du)也普遍較高，這(zhe)表明SynComs的接(jie)種顯著改變了(le)榨(zha)廣椒發(fa)酵(jiao)過程(cheng)(cheng)中(zhong)的真菌(jun)(jun)群(qun)(qun)落(luo)(luo)演替(ti)。綜(zong)上(shang)(shang)所述，接(jie)種SynComs對榨(zha)廣椒發(fa)酵(jiao)過程(cheng)(cheng)中(zhong)真菌(jun)(jun)群(qun)(qun)落(luo)(luo)的演替(ti)具有顯著影(ying)響（圖5）。
圖4 SynComs的接種效果
圖5 屬水平微生物群落的組成和動態
4.接種SynComs改變了(le)群落的演替模式(shi)
利用Raup-Crick指(zhi)數（RC指(zhi)數）來評估微(wei)生(sheng)物(wu)群(qun)落的相似性(xing)及(ji)其(qi)(qi)背后的驅動(dong)因(yin)素(su)。結果發現在真菌(jun)(jun)(jun)(jun)群(qun)落中(zhong)，Lpscw組部(bu)分(fen)樣(yang)(yang)本(ben)的RC指(zhi)數接近0，表明這些(xie)樣(yang)(yang)本(ben)可(ke)能(neng)受(shou)到隨(sui)機(ji)過程(cheng)的影響。NMDS分(fen)析結果表明，Lpscw組第45d的樣(yang)(yang)本(ben)與(yu)(yu)其(qi)(qi)他樣(yang)(yang)本(ben)存在顯著差異，提供了(le)(le)關于(yu)微(wei)生(sheng)物(wu)群(qun)落動(dong)態變化的直觀證據（圖6）。此外，通(tong)過兩組微(wei)生(sheng)物(wu)群(qun)落與(yu)(yu)揮(hui)(hui)發性(xing)風味(wei)物(wu)質(zhi)相關性(xing)分(fen)析，發現在Lpscw組中(zhong)，酵母菌(jun)(jun)(jun)(jun)、念珠菌(jun)(jun)(jun)(jun)、曲(qu)霉(mei)菌(jun)(jun)(jun)(jun)和(he)微(wei)球菌(jun)(jun)(jun)(jun)與(yu)(yu)主要的揮(hui)(hui)發性(xing)風味(wei)物(wu)質(zhi)呈(cheng)正相關，有更(geng)多的菌(jun)(jun)(jun)(jun)屬促進了(le)(le)這些(xie)風味(wei)物(wu)質(zhi)的生(sheng)成（圖7）。
圖6 Lpsc與(yu)CK群(qun)落的Raup-Crick指數計(ji)算分析
圖(tu)7 CK組和Lpscw中(zhong)揮(hui)發(fa)性風味(wei)物質和菌群的相關性結果
研究(jiu)結論
合(he)成(cheng)微生(sheng)物群(qun)落SynComs顯著改善了(le)發酵(jiao)過程(cheng)，縮(suo)短(duan)了(le)約15d的(de)(de)(de)(de)發酵(jiao)時(shi)間(jian)，提高了(le)風味產量，大大改善了(le)榨(zha)廣椒的(de)(de)(de)(de)品(pin)質。同時(shi)改變了(le)真菌群(qun)落的(de)(de)(de)(de)演(yan)替及(ji)功能基因組成(cheng)，尤其是(shi)GH家(jia)族。SynComs可(ke)能增強了(le)本地微生(sheng)物產風味化合(he)物的(de)(de)(de)(de)能力，提高了(le)其他群(qun)落微生(sheng)物對風味生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)貢(gong)獻。這些發現凸顯了(le)SynComs在(zai)改良傳統天然(ran)發酵(jiao)食品(pin)中的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要作用，為(wei)今后提高發酵(jiao)食品(pin)的(de)(de)(de)(de)安全性和(he)風味穩定(ding)性提供了(le)一(yi)種(zhong)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.
原文鏈接：//doi.org/10.1002/imo2.70009.
