2024-01-29
南昌大學(xué)食品學(xué)院先后在《Food Bioscience》和《Food Research International》上連發(fā)兩篇文章，分別解析了不同發(fā)酵工藝對老壇酸菜品質(zhì)的影響以及老壇酸菜自發(fā)發(fā)酵過程中的微生物演替和風(fēng)味形成機(jī)制。該系列研究有助于深刻理解工藝與品質(zhì)、活性微生物與風(fēng)味品質(zhì)形成之間的關(guān)系。
以上研究的高通量測序和部分分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
文章一
影響因子：5.2
一、研究背景
老壇酸菜是中國著名的傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜，風(fēng)味獨(dú)特，已成為中國消費(fèi)者最受歡迎的加工蔬菜產(chǎn)品之一。目前出現(xiàn)了一種新型的老壇酸菜生產(chǎn)形式，即在一個(gè)相對開放的環(huán)境中進(jìn)行發(fā)酵，使用已澆筑的混凝土池作為發(fā)酵容器。從生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，池發(fā)酵的老壇酸菜比罐子發(fā)酵的味道弱。然而，這種不同發(fā)酵工藝對老壇酸菜品質(zhì)的影響仍不清楚。
二、研究方法
檢測樣本：罐式腌漬法(LTSC-J)和池式腌漬法(LTSC-P)的老壇酸菜鹽水
組學(xué)檢測：16S rRNA基因 V3V4區(qū)+ITS1+代謝組
測序平臺&分析：Illumina NovaSeq+派森諾基因云
三、研究結(jié)果
LTSC-P具有較高的鹽度、葡萄糖含量和組氨酸含量，而LTSC-J具有較高的可滴定酸、乳酸含量和異丁酸含量。在兩種老壇酸菜中發(fā)現(xiàn)了9種不同的芳香活性化合物:茴香醇、桉油醇、硫化二烯丙基、雌二醇、二硫化二烯丙基、丁香酚、芳樟醇、壬醛和丁酸乙酯。LTSC-P中Weissella、Acinetobacter、Pseudomonas、Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium、Inhella和 Leuconostoc的相對豐度高于LTSC-J。共現(xiàn)分析表明，兩種老潭酸菜菌群網(wǎng)絡(luò)共現(xiàn)模式存在顯著差異。Spearman相關(guān)分析顯示，18種細(xì)菌與61種風(fēng)味化合物之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。最后，細(xì)菌代謝功能預(yù)測表明，硫化物和芳香酯可能通過硫代謝、半胱氨酸和蛋氨酸代謝、丙酮酸代謝和丁酸代謝進(jìn)行生物合成。
圖1 LTSC-J和LTSC-P樣品中揮發(fā)性風(fēng)味化合物的差異
圖2 LTSC-J和LTSC-P樣本的細(xì)菌多樣性、群落結(jié)構(gòu)和生物標(biāo)志物
圖3 基于不同工藝細(xì)菌和真菌的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)
圖4 微生物群落與風(fēng)味、環(huán)境因素的相關(guān)性
圖5 利用PICRUSt2的16S rRNA測序數(shù)據(jù)集對老壇酸菜細(xì)菌群落的功能進(jìn)行預(yù)測
四、研究結(jié)論
本研究對兩種類型的老壇酸菜的理化性質(zhì)、糖類、有機(jī)酸、氨基酸、揮發(fā)性風(fēng)味圖譜和微生物群落進(jìn)行了研究。與LTSC-P相比，較高的乳酸含量和揮發(fā)性風(fēng)味化合物濃度是LTSC-J的獨(dú)特風(fēng)味。兩種類型的老壇酸菜在微生物組成、α多樣性和群落結(jié)構(gòu)上的差異可能是由于其鹽度和發(fā)酵環(huán)境的差異所致。此外，差異風(fēng)味化合物的生物合成可能與老壇酸菜的某些細(xì)菌屬有關(guān)。綜上所述，不同生產(chǎn)工藝對老壇酸菜的菌群和風(fēng)味有顯著影響。本研究揭示了罐池腌制的微生物組成和風(fēng)味特征，提高了我們對兩種類型的核心功能細(xì)菌屬和真菌屬的認(rèn)識。但這些風(fēng)味化合物的形成機(jī)制及其與老壇酸菜地區(qū)微生物群落的關(guān)系仍有待進(jìn)一步研究。
文章二
影響因子：8.1
一、研究背景
老壇酸菜一般以雪里蕻為主料，加入紅辣椒、生姜、大蒜等調(diào)料，在壇子里腌制一個(gè)月。老壇酸菜的消費(fèi)群體極其龐大，2020 年的年產(chǎn)量達(dá)到 507 萬噸。因此，老壇酸菜需要大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)來滿足消費(fèi)者的需求。一些研究調(diào)查了風(fēng)味特征及其與微生物群落的相關(guān)性，結(jié)果表明這些風(fēng)味化合物主要與乳酸桿菌、哈拉納氏菌和鹵單胞菌有關(guān)。然而，根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，很難揭示微生物群落在風(fēng)味形成中的具體作用。老壇酸菜中產(chǎn)生風(fēng)味的核心功能微生物群和風(fēng)味代謝途徑中的關(guān)鍵酶需要系統(tǒng)地闡明。
二、研究方法
檢測樣本：不同發(fā)酵時(shí)期（發(fā)酵0、1、4、7、14、28、42d）的老壇酸菜鹽水
組學(xué)檢測：宏轉(zhuǎn)錄組+代謝組
測序平臺&分析：Illumina NovaSeq
三、研究結(jié)果
通過代謝組學(xué)分析，共鑒定出老壇酸菜中 21 種特征風(fēng)味代謝物，包括 8 種硫化物、6 種萜烯類化合物、3 種有機(jī)酸、2 種異硫氰酸鹽、1 種酯和 1 種吡嗪。宏轉(zhuǎn)錄組分析揭示了發(fā)酵不同階段活性微生物群的變化，進(jìn)一步分析表明有機(jī)酸是微生物演替的主要驅(qū)動(dòng)力。
圖1 老壇酸菜發(fā)酵過程中的理化性質(zhì)和非揮發(fā)性風(fēng)味特征
圖2 老壇酸菜發(fā)酵過程中的微生物多樣性與組成
圖3 老壇酸菜發(fā)酵過程中微生物群落演替的驅(qū)動(dòng)因素和共生模式
圖4 特征風(fēng)味代謝物與活性微生物群之間的相關(guān)性
圖5 重構(gòu)特色風(fēng)味化合物形成的代謝網(wǎng)絡(luò)（整合元轉(zhuǎn)錄組和風(fēng)味代謝組數(shù)據(jù)集）
四、研究結(jié)論
本研究通過代謝組和宏轉(zhuǎn)錄組分析，對老壇酸菜發(fā)酵過程中的風(fēng)味特征和活性微生物群演替進(jìn)行了研究。乳酸是老壇酸菜的主要有機(jī)酸，在老壇酸菜中發(fā)現(xiàn)了21種特征風(fēng)味化合物，包括8種硫化物、6種萜烯、3種有機(jī)酸、2種異硫氰酸鹽、1種酯和1種吡嗪。甘油醛-3P、磷酸烯醇丙酮酸、丙酮酸和乙酰-CoA 是形成這些特征味道的關(guān)鍵中間代謝產(chǎn)物。在老壇酸菜的不同發(fā)酵階段，各種微生物依次占據(jù)主導(dǎo)地位，主要由有機(jī)酸（尤其是乙酸和異丁酸）驅(qū)動(dòng)。此外，食品乳桿菌（Companilactobacillus alimentarius）、西巴氏乳桿菌（Weissella cibaria）、植物乳桿菌（Lactiplantibacillus plantarum）和椰菜乳桿菌（Loigolactobacillus coryniformis）被確定為核心功能微生物，參與了特征風(fēng)味化合物的形成。此外，核心功能微生物在老壇酸菜風(fēng)味形成過程中的具體作用仍需在代謝水平上進(jìn)一步驗(yàn)證，以獲得具有風(fēng)味調(diào)節(jié)作用的優(yōu)良菌株，從而在老壇酸菜的工業(yè)化生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)風(fēng)味品質(zhì)的定向調(diào)節(jié)和可重復(fù)性。
文章索引：
1.Xiong S, Qiu D, Xu X, et al. Heterogeneity of microbiome and flavor profiles of industrial-scale Laotan Suancai: Fermentation craft plays important roles. Food Bioscience, 2023, 55: 102928.
2.Xiong S, Xu X, Zhang L, et al. Integrated metatranscriptomics and metabolomics reveal microbial succession and flavor formation mechanisms during the spontaneous fermentation of Laotan Suancai. Food Research International, 2024, 177: 113865.
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