镇江香醋核心风味物质合成微生物群落的构建及其互作机制研究

为解决传统镇江香醋(ZAV)自然发酵过程中风味与品质不稳定的问题，研究人员通过高通量测序和共培养实验，鉴定出核心功能微生物Acetobacter pasteurianus A-3、Lactobacillus acetotolerans L-72和Bacillus licheniformis B-3122，揭示其共生与拮抗关系，构建合成微生物群落显著提升发酵效率与风味一致性，为传统发酵食品标准化生产提供新策略。

　　

镇江香醋(Zhenjiang aromatic vinegar, ZAV)作为中国传统发酵食品的代表，其独特风味源于复杂的微生物群落活动。然而，依赖自然发酵的传统工艺导致批次间风味与质量波动，核心功能微生物的互作机制不明，严重制约标准化生产。如何解析微生物群落功能、构建可控发酵体系，成为产业升级的关键科学问题。

针对这一挑战，中国研究人员通过多学科交叉研究，首次系统解析了ZAV发酵过程中三种核心微生物的互作网络。研究采用高通量测序技术筛选功能菌株，结合体外共培养实验验证微生物间共生与拮抗关系，并利用转录组学揭示分子机制。实验菌株来源于ZAV醋醅环境样本，通过功能筛选获得Acetobacter pasteurianus A-3、Lactobacillus acetotolerans L-72和Bacillus licheniformis B-3122三株代表性菌株。

微生物筛选与功能验证
通过比较基因组学和代谢特征分析，确定A-3菌株为醋酸发酵主导菌，L-72菌株负责乳酸合成，B-3122菌株则与风味物质生成相关。三者丰度占比呈现明显层级结构，其中Acetobacter和Lactobacillus为优势菌属，Bacillus虽丰度较低但功能不可替代。

微生物互作关系解析
共培养实验发现A-3与L-72存在典型共生关系：乳酸菌代谢产生的酸性环境促进醋酸菌乙酸合成能力提升3.2倍，同时醋酸菌通过代谢重编程激活L-72的糖酵解途径。相反，A-3与B-3122呈现营养竞争性拮抗，但该作用反而加速糖类物质转化效率达18.7%，并促进B-3122合成4-乙基愈创木酚等特色风味物质。

合成群落发酵性能评估
将三株菌按自然丰度比例构建合成群落，与传统醋醅相比表现出显著优势：总酸含量提升22.3%，挥发性风味物质种类增加9种，关键风味组分3-羟基-2-丁酮含量达到传统工艺的1.8倍。转录组分析揭示，群落中A-3的酸耐受基因簇(包括atpA^F1
和gadB^F2
)表达量上调4.5倍，L-72的糖转运蛋白编码基因表达提升3.1倍，形成代谢互补网络。

分子机制深度解析
通过比较转录组发现，A-3与L-72互作激活了其TCA循环中citB和sdhA基因表达，促进有机酸积累；而与B-3122互作则显著上调了A-3的糖磷酸转移酶系统(PTS)相关基因表达。在B-3122中，群体感应基因comA和代谢调控基因codY的表达变化，解释了其风味物质合成增强的分子基础。

该研究首次绘制了ZAV核心微生物的功能互作图谱，证明合成微生物群落技术可有效解决传统发酵食品的标准化难题。通过精准调控微生物互作关系，不仅实现了发酵过程的可控性，更创造出超越自然发酵的风味特征。研究成果为传统发酵食品的现代化改造提供了范式，相关技术已应用于ZAV工业化生产，使产品风味一致性提升35%以上。论文发表于《Food Bioscience》，被审稿人评价为"传统发酵微生物组研究的标杆性工作"。