传统韩国米醋生产的宏基因组与宏代谢组学分析揭示生产者间显著微生物多样性差异

为解决传统发酵食品质量不稳定问题，研究人员通过高通量扩增子测序、宏基因组测序（shotgun metagenomic sequencing）结合宏代谢组学（meta-metabolomics）技术，解析韩国米醋生产过程中微生物群落动态及功能基因特征，发现生产者间工艺差异导致关键菌群（如Acetobacter pasteurianus相关新种）和代谢物（如酯类）分布显著不同，为传统发酵标准化提供科学依据。

　　

研究背景
谷物醋在亚洲已有数千年历史，但传统开放式发酵过程中微生物群落自发演替导致风味与质量不稳定。韩国米醋采用“酒曲（nuruk）”和种子醋接种的双阶段发酵工艺，不同生产商的操作差异如何影响微生物组构成和代谢功能？这一“黑箱”问题制约着传统工艺的标准化升级。

研究方法
研究团队选取韩国两家米醋生产商（A和B），从蒸米到醋成品全程采样，采用高通量16S/ITS扩增子测序、宏基因组测序（shotgun）解析微生物群落，结合代谢组学分析产物特征。通过宏基因组组装基因组（MAGs）预测功能基因，重点关注醋酸菌(Acetobacter)和乳酸菌(LAB)的代谢通路。

研究结果
1. 发酵工艺决定微生物群落结构
生产者A采用酒曲（nuruk）启动酒精发酵、种子醋启动醋酸发酵，不同发酵罐间微生物组成高度一致；生产者B仅使用酒曲，其中一批次因醋酸菌(AAB)自发接种失败导致发酵异常。宏基因组揭示生产者A的优势菌为Acetobacter pasteurianus相关新种，而B厂则出现更高丰度的乳酸菌(Leuconostoc, Lactobacillus)。

2. 淀粉水解与酒精发酵的协同机制
酒曲引入的霉菌（如Aspergillus）和酵母（如Saccharomyces）同步驱动淀粉糖化与酒精发酵。生产者A的酵母群落单一（S. cerevisiae占90%），而B厂存在多种非酿酒酵母（如Pichia），这可能影响后续醋酸菌的竞争。

3. 酯类风味物质的微生物溯源困境
代谢组检测到乙酸乙酯等关键风味物质，但宏基因组分析显示多个LAB和AAB均携带酯合成酶基因（如atfA），无法明确单一贡献菌种。生产者A的醋样中检测到更多支链脂肪酸衍生物，可能与特定乳酸菌（如Lactobacillus acetotolerans）相关。

结论与意义
该研究首次系统揭示韩国米醋生产过程中微生物-代谢物的动态关联，证明工艺细节（如种子醋接种）可显著提高发酵稳定性。发现与Acetobacter pasteurianus进化枝相关的新种，拓展了对醋酸菌多样性的认知。研究为传统发酵食品的工艺优化提供了微生物组层面的科学依据，但风味物质精确溯源仍需单菌株水平的功能验证。论文发表于《International Journal of Food Microbiology》，为跨学科研究传统发酵食品提供了范式。