纳豆发酵与后熟过程中营养成分动态变化及特征香气形成机制研究

本研究针对纳豆生产过程中营养与风味形成机制不明确的问题，通过HS-GC-IMS结合感官评价技术，系统解析了发酵（0-20h）与后熟阶段（>20h）蛋白质降解、VOCs（如2,3-二甲基吡嗪）动态变化规律，发现7种ROAV>1的关键香气物质与Phe、Val等氨基酸显著相关（p<0.05），为高品质纳豆工艺优化提供理论依据。

　　

纳豆作为千年历史的日本传统发酵豆制品，凭借其独特风味和溶栓、抗氧化等健康功效，全球市场规模预计2030年将达3.4亿美元。然而，当前研究多聚焦发酵阶段，对后熟期风味物质形成机制及营养-风味协同规律认知不足。此外，传统GC-MS技术对痕量香气成分的检测灵敏度有限，且不同菌株发酵的纳豆品质差异原因尚未阐明。这些问题制约了纳豆产业的标准化生产与品质提升。

吉林省农业科学院的研究团队创新性地采用顶空-气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）技术，结合质构分析与感官评价，系统追踪了Bacillus subtilis natto JLCC513（CGMCC 20625）发酵吉林111大豆过程中营养成分与41种VOCs的动态变化。研究通过测定纳豆激酶活性、蛋白质二级结构（傅里叶变换红外光谱）及ROAV值，揭示了关键风味物质的形成路径。

生长特性与酶活性动态
菌株JLCC513在发酵期（F12h-F20h）呈现爆发式增殖，纳豆激酶活性从0 IU/g激增至2728.12 IU/g（终止时）。后熟期酶活性趋于平稳，表明代谢转向次级产物合成。

营养与质构演变规律
• 蛋白水解作用使肽类与游离氨基酸（FAA）含量持续上升，硬度、弹性等质构参数下降40%（p<0.05）
• 后熟期除硬度外其他参数稳定，还原糖先增后降与美拉德反应相关

特征VOCs鉴定
• 7种ROAV>1的核心风味物质：2-乙基-3-甲基吡嗪（后熟期浓度提升2.1倍）、2,3-丁二酮等
• HS-GC-IMS首次检出2-戊基呋喃等痕量成分，其含量与Phe、Tyr呈显著正相关（r>0.8）

分子机制探讨
• 吡嗪类物质通过Strecker降解（缬氨酸Val、异亮氨酸Ile参与）生成
• 酯类（如乙酸丁酯）形成与脂肪酶活性峰值（F16h）同步

结论与意义
该研究首次阐明后熟阶段对吡嗪类风味物质富集的关键作用，证实HS-GC-IMS在复杂基质香气分析中的优势。发现FAA含量与质构参数可作为工艺监控指标，为开发高活性纳豆激酶产品、定制化风味纳豆提供理论支撑。发表于《Food Research International》的这项成果，推动了植物基发酵食品从经验生产向精准调控的转型。