综述：从新鲜咖啡樱桃到杯中风味的生成：解读微生物群代谢的贡献

（编辑推荐）这篇综述系统解析了咖啡发酵过程中微生物群（如酵母菌、乳酸菌LAB）代谢对风味前体物质（如碳水化合物、有机酸、酚类化合物）的调控机制，揭示了不同加工工艺（干法DP/湿法WP/厌氧发酵）通过微生物代谢网络（EMP途径、Maillard反应）塑造咖啡独特风味（酯类、醛类、呋喃类）的关键路径，为定向调控咖啡品质提供了理论框架。

　　

咖啡风味的微生物密码

Abstract

咖啡风味的形成是从樱桃到杯子的复杂生化之旅，其核心在于发酵过程中微生物群落与咖啡基质的互动。研究表明，咖啡豆中59-61%的干物质由碳水化合物构成，而乳酸菌(LAB)和酵母菌通过EMP途径和磷酸戊糖途径将这些底物转化为乙酸乙酯、2,3-丁二酮等关键风味化合物。不同处理工艺中，干法加工保留更多单糖和γ-氨基丁酸(GABA)，而厌氧发酵则促进水果和焦糖风味的形成。

1. Introduction

阿拉比卡(Coffea arabica)和罗布斯塔(C. canephora)作为主要商业品种，其风味差异源于海拔生长环境与生化组成。咖啡果实的银皮层含有生物碱、酚类等200余种化合物，而发酵过程中微生物通过降解果胶（主要由Candida parapsilosis等酵母分泌的聚半乳糖醛酸酶实现）和转化前体物质，直接决定烘焙后的感官特性。

2. Fermentation during coffee processing

传统干法处理在30°S-30°N的"咖啡带"广泛使用，其需氧环境促使醋酸菌(Acetobacter)主导，产生柔和酸度；而湿法处理中乳酸菌(Lactococcus lactis)占优，形成更干净的酒石酸风味。新兴的厌氧发酵技术通过CO₂浸渍将发酵时间缩短至48小时，并显著提升花香类萜烯含量。值得注意的是，乳酸菌代谢柠檬酸产生的双乙酰（2,3-丁二酮）赋予咖啡独特的奶油质感。

3. The contribution of microbiota metabolism

3.1. Yeast

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)通过糖酵解产生乙醇的同时，其氨基酸代谢途径生成3-甲基丁醛（巧克力风味）和苯乙醇（玫瑰香）。研究显示，每克咖啡黏液含10⁸ CFU酵母时，酯类物质产量可提升300%。

3.2. Bacteria

乳酸菌通过同型发酵（如Lactobacillus plantarum）将葡萄糖转化为乳酸，或通过异型发酵（如Leuconostoc mesenteroides）同时产生乙酸和CO₂。前者降低pH至3.5-4.0抑制霉菌生长，后者生成的乙酸乙酯贡献菠萝样香气。

3.3. Filamentous fungi

虽然丝状真菌在拉丁美洲咖啡中参与果胶降解，但其产生的赭曲霉毒素A(OTA)存在安全隐患，目前多采用LAB生物防治策略进行抑制。

4. Precursors of coffee flavor

4.1. Nitrogenous Compounds

葫芦巴碱(Trigonelline)在烘焙时热解产生吡啶类物质，贡献坚果香；而咖啡因(1,3,7-三甲基黄嘌呤)通过激活苦味受体TRPV1增强风味层次感。

4.2. Sugars

阿拉伯糖与半乳糖通过Strecker降解生成麦芽酚，而蔗糖在Maillard反应中与氨基酸形成类黑精，共同构建咖啡的焦糖色泽（L^*值降低15-20单位）。

4.3. Phenolic Compounds

绿原酸(CGA)在发酵过程中被乳酸菌还原为二氢咖啡酸，其烘焙产物乙烯基愈创木酚赋予典型的"烟熏香"。

5. Discussion and Prospect

微生物互作网络分析显示，酵母代谢产生的维生素B族可促进LAB生长，而LAB创造的酸性环境又筛选特定酵母菌株。这种"交叉喂养"效应为合成微生物群落(SynBio)设计提供新思路。未来研究需结合多组学技术解析Leuconostoc citreum与Pichia kluyveri的代谢互作机制。

6. Conclusions

咖啡发酵本质是微生物驱动的风味前体定向转化过程，通过调控Lactobacillus与Saccharomyces的群落比例，可实现从巧克力到莓果风味的精准定制。Yunnan Key Laboratory的研究证实，接种复合菌剂可使杯测评分提升4.25分（百分制）。