基于PCA/PLS-DA的多维相关性分析揭示了Lacticaseibacillus helveticus KLDS1.8701在东北酸菜的风味合成和微生物群构建中的双重作用

《Journal of Future Foods》：Multidimensional correlation analysis based on PCA/PLS-DA revealed the dual role of Lacticaseibacillus helveticus KLDS1.8701 in flavor synthesis and microbiota construction in Dongbei Suancai

酸菜风味提升与微生物群落协同作用机制研究。通过添加乳酸菌希氏乳杆菌KLDS1.8701与直接接种剂协同发酵，电子舌和GC-IMS/GC-MS分析表明发酵体系显著增强酯类、酮类等风味物质多样性（增加30.2%），优化了Firmicutes（61.2%-77.3%）和Proteobacteria（20.3%-36.8%）菌群结构，抑制产胺菌（Morganellaceae）增殖。Spearman相关性分析（ρ=0.89）揭示Lactobacillus丰度与有机酸及酯类合成显著正相关，证实该菌株通过产酸竞争抑制和代谢调控实现风味优化。

　　本研究聚焦于东北酸菜（Dongbei Suancai）的发酵工艺优化，探索了乳酸乳球菌（Lacticaseibacillus helveticus）KLDS1.8701与传统直接接种发酵技术的协同作用，对酸菜风味提升及微生物群落调控的影响。东北酸菜作为中国传统发酵食品，以其独特的风味、丰富的营养成分和清爽的口感深受消费者喜爱。其主要原料为大白菜，通过低浓度盐水与微生物共同作用，经历一系列复杂的生物化学反应，产生多种有机酸、游离氨基酸等风味物质，从而赋予其独特的风味特征。目前，酸菜的生产主要采用自然发酵和控制发酵两种方式，其中自然发酵虽保留了传统工艺，但存在发酵周期长、易受污染等问题；而控制发酵则通过接种特定微生物，提高发酵效率与产品安全性。近年来，一些优质乳酸菌株被引入酸菜发酵过程中，不仅能够有效抑制有害微生物的生长，还能促进有益菌的增殖，从而改善产品的营养结构和风味。

L. helveticus KLDS1.8701作为一种具有显著益生功能的乳酸菌，不仅能够调节肠道微生物群落，还具有抑制炎症反应、减少肝脏氧化应激等作用，因此被广泛应用于功能性食品添加剂领域。在发酵领域，该菌株展现出较强的酸耐受性和盐耐受性，能够高效地将碳水化合物转化为乳酸，并同时产生醋酸，这种快速酸化特性有助于抑制腐败菌和致病菌的生长，提高发酵的安全性，并缩短发酵时间。已有研究表明，该菌株在酸奶和豆奶的发酵过程中，能够显著改善风味并延长产品保质期，因此在本研究中被引入酸菜发酵体系，与传统直接接种发酵剂共同作用，以期进一步提升酸菜的风味品质。

本研究通过三种分析技术：电子舌分析、固相微萃取-气相色谱-质谱（SPME-GC-MS）和气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS），对不同发酵方法下的酸菜风味物质进行了系统分析。研究发现，与自然发酵和传统接种发酵相比，L. helveticus KLDS1.8701与直接接种发酵的协同发酵显著提升了风味物质的种类和浓度，特别是酯类、酮类、醛类、醇类、烯烃类和酸类物质的多样性。电子舌分析显示，协同发酵的酸菜在风味丰富度和新鲜甜味方面表现优异，同时降低了苦味感知。SPME-GC-MS检测结果显示，协同发酵的酸菜中甜味和鲜味氨基酸的含量显著高于其他组，而苦味氨基酸的含量则显著下降，这表明L. helveticus KLDS1.8701能够优化氨基酸代谢途径，抑制苦味物质的生成，从而改善酸菜的风味平衡。此外，有机酸的含量也呈现出显著差异，其中乳酸和醋酸在协同发酵条件下浓度更高，为酯类的合成提供了充足的前体物质。

GC-IMS分析进一步揭示了不同发酵方法下挥发性风味物质的分布特征。研究发现，协同发酵的酸菜在多种风味化合物的种类和浓度上均优于自然发酵和传统接种发酵，尤其是在酯类和醇类物质的多样性方面表现突出。这表明，L. helveticus KLDS1.8701的引入不仅提升了风味物质的种类，还显著增强了其风味表现力。此外，通过对发酵过程中微生物群落的高通量测序分析，研究发现协同发酵的酸菜中厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）为主要菌群，其中变形菌门在协同发酵条件下被显著抑制，这可能是由于L. helveticus KLDS1.8701产生的类似乳酸菌素的抗菌物质对变形菌门具有特异性抑制作用。同时，乳酸菌的丰度在协同发酵条件下显著增加，这不仅促进了乳酸的生成，还优化了微生物群落结构，有助于风味物质的合成与积累。

进一步的统计分析表明，L. helveticus KLDS1.8701的引入显著影响了风味物质的合成路径，特别是在酯类和有机酸的生成方面表现出更强的代谢能力。研究还发现，乳酸菌的增殖与关键风味化合物的生物合成之间存在显著的正相关性，这种关系在统计分析中被验证。乳酸菌的高代谢活性可能通过加速糖酵解过程，提高了有机酸的产量，同时促进了醇类和酯类物质的生成，最终形成更加丰富的风味物质组合。这种微生物群落的优化不仅提升了酸菜的风味，还降低了生物胺等潜在有害物质的含量，从而提高了产品的安全性。

此外，研究还发现，不同发酵方法下的风味物质存在显著差异，这可能与发酵过程中微生物的代谢路径和产物有关。自然发酵过程中，由于环境微生物的代谢作用，风味物质的种类和浓度可能受到限制，而传统接种发酵则通过特定菌种的引入，对风味物质的合成具有一定的调控能力。相比之下，L. helveticus KLDS1.8701与直接接种发酵的协同作用不仅优化了微生物群落结构，还显著提升了风味物质的多样性，为酸菜的风味改良提供了新的思路。

在微生物群落的分析中，研究发现协同发酵的酸菜中乳酸菌的丰度显著高于其他组，这表明该菌株在发酵过程中具有竞争优势。乳酸菌的代谢活动不仅促进了乳酸的生成，还抑制了其他可能影响风味的微生物，如变形菌门中的某些种类。这种微生物群落的调控机制可能涉及乳酸菌与环境微生物之间的竞争关系，以及其产生的抗菌物质对特定菌群的抑制作用。通过这种机制，L. helveticus KLDS1.8701能够有效优化发酵环境，促进风味物质的合成，同时降低有害微生物的丰度，提高产品的安全性。

在风味物质与微生物群落之间的相关性分析中，研究发现乳酸菌与有机酸和酯类物质之间存在显著的正相关关系，这表明乳酸菌在风味物质的生成过程中起着核心作用。同时，其他微生物如Leuconostoc和Pseudomonas也与部分风味物质的生成有关，这表明发酵过程中多种微生物共同作用，形成了复杂的风味网络。通过协同发酵，L. helveticus KLDS1.8701不仅增强了乳酸菌的代谢活性，还通过其代谢产物影响了其他微生物的代谢路径，从而实现了对风味物质的优化调控。

综上所述，L. helveticus KLDS1.8701在酸菜发酵过程中表现出双重功能：一方面，通过其快速酸化特性，优化了微生物群落结构，抑制了有害微生物的生长；另一方面，通过促进风味物质的合成，提升了酸菜的风味品质。研究结果表明，该菌株的引入为酸菜的品质提升和功能性开发提供了新的路径，同时也为发酵食品的风味调控和微生物群落优化提供了理论支持和技术参考。然而，研究仍存在一定的局限性，例如对L. helveticus KLDS1.8701在发酵过程中的具体代谢调控机制尚未完全阐明。未来的研究可以进一步探讨该菌株在发酵过程中的代谢调控机制，并系统比较其发酵产物在功能性方面相较于传统酸菜的优势，以期为发酵食品的工业化生产提供更全面的理论依据和技术支持。