2024-06-05
發酵食品是人類飲食的重要組成部分。人們越來越意識到發酵食品中存在豐富的營養和功能特性，這些特性來自于微生物群落對底物的轉化。傳統發酵食品歷史悠久且種類多樣，例如泡菜、大醬、腐乳、白酒等，大多是在自然或人工控制條件下，借助內源酶以及微生物的作用產生的具有典型發酵風味且具有較長保存期的一類食品。因此，明確發酵食品中相關微生物作用及其與特征風味的關系對其品質提升具有重要意義。 風味是評價發酵食品感官品質的重要指標，與發酵過程中發酵食品中存在的微生物密切相關。風味組學在發酵食品研究中的應用主要是通過對食品中的揮發性化合物進行定性和定量分析，以揭示不同微生物、發酵條件和工藝參數對食品風味的影響。風味組學在發酵食品研究中通過對揮發性化合物的分析、風味活性化合物的研究、風味物質的定性定量分析、感官品質與風味物質的關聯分析、發酵過程中的風味動態變化等方面揭示食品風味的演變過程。 多組學方法和生物信息學分析的成功應用，為探索發酵過程提供了堅實的基礎。與單組學相比，多組學分析更準確地劃分了微生物和分子特征，因此它們更容易揭示發酵的機制。
多組學在食品發酵研究中的應用思路 多組學在食品發酵研究中的應用思路可以涵蓋從微生物、代謝產物到感官品質等多個方面，下面是一些可能的應用思路： NO.1、微生物組學 通過16S rRNA基因測序或宏基因組測序等技術，對食品發酵過程中微生物群落的組成結構和功能進行分析。這可以幫助研究人員了解在發酵過程中參與的微生物種類、豐度以及它們之間的相互作用。 分析不同發酵條件（如時間、溫度、pH等）對微生物群落結構的影響，以優化發酵過程和控制發酵產物的質量。 NO.2、轉錄組學 通過RNA測序技術，分析食品發酵過程中微生物的基因表達變化。這可以揭示在不同階段或條件下微生物的代謝途徑、基因表達調控網絡等信息，有助于優化發酵條件和提高發酵產物的品質。 研究食品發酵過程中產生的RNA類別和數量，以了解微生物的生長和代謝活動。 NO.3、蛋白質組學 通過質譜分析技術，對食品發酵過程中產生的蛋白質進行定性和定量分析。這可以幫助鑒定和量化發酵過程中的關鍵酶和蛋白質，了解其在發酵過程中的功能和調控機制。 研究不同發酵條件對蛋白質表達的影響，以優化發酵過程和改善發酵產物的品質。 NO.4、代謝組學 使用質譜分析技術（如LC-MS或GC-MS），對食品發酵過程中產生的代謝產物進行定性和定量分析。這可以幫助鑒定發酵過程中的關鍵代謝產物，了解代謝途徑和調控機制。 分析不同發酵條件下代謝產物的變化，尋找與發酵產物質量和感官品質相關的代謝標志物。 NO.5、風味組學 風味組學是在代謝組學的基礎上，對所有風味相關代謝物質進行針對性和綜合性分析。利用全二維氣相色譜技術，對發酵食品中的主要揮發性化合物，包括醇、酯、醛、酮、酸等進行定性定量分析，以及這些化合物的來源和產生途徑。 分析發酵食品中具有特定風味活性的化合物，如芳香醇、硫化合物、酸類等，并結合感官品質以揭示它們對食品風味的貢獻和影響。 綜上所述，多組學技術在食品發酵研究中可以提供全面的信息，從微生物組成到感官品質等多個方面，為優化發酵工藝、提高產品品質提供科學依據。
食品領域多組學案例分享
點擊標題查看文章詳情 1、Food Chemistry：老壇酸菜自發發酵過程中的微生物演替和風味形成機制
大醬是東北傳統制作的自然發酵豆醬，因其獨特的風味與高營養價值而成為調味佳品，且具有抗氧化、降低膽固醇、抗癌和抗高血壓的作用。目前的研究顯示，大醬的獨特風味與微生物群落的作用有密切關聯。本研究利用宏轉錄組測序、HS-SPME-GC-MS和氨基酸分析方法，解析了大醬菌群和發酵物代謝譜隨時間的變化，并鑒定出10種有助于大豆醬風味形成的揮發性化合物。此外，還進一步分析大豆醬中活性微生物與理化特性和風味物質之間的相關性，結果表明，乳桿菌屬和四聯球菌屬是影響色澤和風味的核心屬。這些微生物產生的酶催化一系列代謝途徑，從而產生風味物質。該研究的發現為菌群在發酵食品風味形成中的作用提供了新的見解。
2、Food Bioscience：微生物多樣性+風味組揭示不同發酵工藝對老壇酸菜品質的影響
老壇酸菜是中國著名的傳統發酵蔬菜，風味獨特，已成為中國消費者最受歡迎的加工蔬菜產品之一。目前出現了一種新型的老壇酸菜生產形式，即在一個相對開放的環境中進行發酵，使用已澆筑的混凝土池作為發酵容器。從生產經驗可知，池發酵的老壇酸菜比罐子發酵的味道弱。本研究對兩種類型的老壇酸菜的理化性質、糖類、有機酸、氨基酸、揮發性風味圖譜和微生物群落進行了研究。與LTSC-P相比，較高的乳酸含量和揮發性風味化合物濃度是LTSC-J的獨特風味。兩種類型的老壇酸菜在微生物組成、α多樣性和群落結構上的差異可能是由于其鹽度和發酵環境的差異所致。此外，差異風味化合物的生物合成可能與老壇酸菜的某些細菌屬有關。綜上所述，不同生產工藝對老壇酸菜的菌群和風味有顯著影響。本研究揭示了罐池腌制的微生物組成和風味特征，提高了我們對兩種類型的核心功能細菌屬和真菌屬的認識。但這些風味化合物的形成機制及其與老壇酸菜地區微生物群落的關系仍有待進一步研究。
3、LWT - Food Science and Technology：宏基因組+風味組揭示青腐乳發酵過程中揮發性成分和微生物群落的影響
青腐乳的味道最獨特，因其氣味而被稱為“臭豆腐”。風味是評價發酵食品感官品質的重要指標，與發酵過程中發酵食品中存在的微生物密切相關。青腐乳中分離的新菌株Weissella confusa M1，有助于青腐乳的發酵，如改善發酵周期、風味、質地和營養含量。然而，在青腐乳發酵過程中，Weissella confusa M1如何影響微生物變化并影響風味尚不清楚。因此，本研究采用宏基因組學和風味組學相結合的方法，研究了Weissella confusa M1對青腐乳發酵過程中關鍵風味化合物以及與風味產生相關的核心微生物群落結構和功能的影響。結果表明，與自然發酵腐乳相比，接種M1菌改善了腐乳的風味、色澤、質地和口感。M1增加了13種游離氨基酸的含量，特別是天冬氨酸和谷氨酸，并通過參與氨基酸和碳水化合物的運輸和代謝，推動了發酵過程中微生物群落的多樣性和動態。接種M1后產生了許多揮發性化合物，其中正己醛和二甲基硫醚對青腐乳的風味最重要。在M1發酵過程中，腸桿菌和魏斯氏菌與13種關鍵風味化合物呈正相關。腸桿菌和四球菌與多種氨基酸的產生有關。這些發現證明M1是一種很有前途的加工輔助培養物。
食品領域多組學文章集錦
Food Chemistry：16S全長擴增子測序+風味組學揭示老壇酸菜核心微生物與關鍵風味化合物的關系 Food Research International：“好曲釀好酒”從微生物組裝模式到代謝表型揭示傳統工藝與機械工藝高溫大曲發酵異質性機制~ Gut Microbes：微生物多樣性+microRNAs揭示膳食甜菜堿通過腸道微生物群驅動的microRNA-378a家族預防肥胖 Carbohydrate Polymers：微生物多樣性+短鏈脂肪酸揭示丙酰化高直鏈玉米淀粉的體外腸道發酵 Food Chemistry：多樣性+代謝組揭示人參水溶性膳食纖維新功能 Food Chemistry：宏轉錄組+風味組揭示不同發酵時間東北大醬風味形成核心菌群 Food Chemistry：微生物多樣性+代謝組+定量qPCR探究釀酒品質與酵池微生物群落的關系 International Journal of Food Microbiology：微生物多樣性+代謝組揭示紅曲的添加對麩醋發酵過程中微生物群落以及代謝物的影響 Journal of Agricultural and Food Chemistry：微生物多樣性+代謝組黃酒中生物胺含量與代謝產物及微生物組成之間的內在聯系 Journal of Functional Foods：人參可溶性膳食纖維可調節腸道菌群結構，促進結腸健康，影響大鼠食欲和糖脂代謝
