发酵乳源Lacticaseibacillus paracasei菌株风味多样性解析及其遗传基础研究

为解决发酵乳制品风味单一化问题，研究人员从中国传统发酵食品中分离101株Lacticaseibacillus paracasei，通过GC-MS和基因组分析揭示其风味形成机制。研究发现乳源菌株具有最丰富的酮类（如丁二酮、乙偶姻）风味特征，并鉴定出cit基因簇和als/but基因在柠檬酸代谢通路中的关键作用，为定制化发酵剂开发提供理论依据。

　　

论文解读

在酸奶、奶酪等发酵乳制品日益普及的今天，消费者对风味多样性的需求与日俱增。然而工业发酵剂中的乳酸菌(LAB)虽然发酵性能稳定，却普遍存在风味单一的问题。传统发酵食品中蕴藏着大量具有独特风味塑造能力的野生菌株，其中Lacticaseibacillus paracasei作为兼具益生特性和风味潜力的辅助发酵剂备受关注。但长期以来，学界对其菌株间风味差异的遗传机制缺乏系统认知，也缺乏基于风味特征的科学分类体系。

来自上海理工大学的研究团队在《International Journal of Food Microbiology》发表的研究，首次对中国传统发酵食品中的101株L. paracasei进行多维度解析。通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)和电子鼻技术结合多元统计分析，将菌株划分为四类风味型，其中乳源菌株展现出最丰富的代谢多样性。基因组比较揭示了柠檬酸代谢通路中cit基因簇和als/but基因的变异与酮类风味形成的关联。

关键技术方法
研究从35种中国传统发酵食品（包括乳制品、谷物发酵品等）分离菌株，通过16S rRNA测序鉴定物种。采用GC-MS检测发酵乳中挥发性风味物质，结合电子鼻数据进行主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)。选取典型酮型和非酮型菌株进行全基因组测序，重点比较柠檬酸代谢相关基因差异。

研究结果

Isolation and identification of Lacticaseibacillus isolates
从酸奶、黄酒醅等样品中分离的101株菌经鉴定均为L. paracasei，其中乳源菌株占比最高（45.5%）。发酵性能测试显示所有菌株均能在12小时内使乳pH降至4.5以下，满足工业发酵要求。

Flavor profiling and classification
GC-MS检测到57种挥发性物质，酮型菌株特征性产生丁二酮(diacetyl，奶油香)、乙偶姻(acetoin，黄油香)和2-壬酮(2-nonanone，果香)。PCA分析将菌株分为：I类（强酮型）、II类（弱酮型）、III类（酯型）和IV类（醇型），其中乳源菌株在各类别中均有分布。

Genomic basis of flavor differentiation
全基因组比较发现，酮型菌株的柠檬酸裂解酶基因citE和α-乙酰乳酸合成酶基因alsS存在特异性单核苷酸多态性(SNP)。非酮型菌株的丁二醇脱氢酶基因butB则出现移码突变，这解释了其醇类代谢优势。

Discussion
研究首次建立L. paracasei风味型分类框架，揭示乳源菌株通过长期适应乳糖环境进化出更完备的柠檬酸代谢网络。cit簇基因的变异直接影响α-乙酰乳酸向丁二酮的转化效率，这为分子标记辅助筛选风味菌株提供靶点。

Conclusions
该研究不仅为发酵乳风味调控提供理论依据，其建立的"基因组-代谢表型"关联模型还可推广至其他发酵食品。发现的citE-alsS基因模块有望成为设计合成生物学元件的关键部件，推动定制化发酵剂的精准开发。