乳酸菌共发酵北塔果汁的风味组学解析与微生物互作机制研究

本研究针对传统发酵果汁风味调控机制不明的问题，创新性地采用Lacticaseibacillus rhamnosus、Lactiplantibacillus plantarum和Lactobacillus helveticus三联菌种共发酵北塔果汁，通过非靶向代谢组学和冗余分析（RDA）揭示了微生物互作驱动有机酸（OAs）、游离氨基酸（FAAs）和挥发性风味物质（VFCs）形成的分子机制，发现双乙酰等4种关键代谢物及碳水化合物/氨基酸代谢通路的显著富集，为定向调控发酵食品风味提供了理论依据。

　　

在健康饮食风潮的推动下，发酵果汁因其独特风味和益生功能备受青睐。然而，传统单一菌种发酵往往存在风味单一、酸度过高等问题，微生物协同作用机制更是如同"黑箱"。如何通过多菌种协同发酵精准调控风味特征，成为食品科学领域亟待破解的难题。

江南大学食品科学与技术国家重点实验室的Yajie Zhao研究团队在《International Journal of Food Microbiology》发表的研究，首次将Lacticaseibacillus rhamnosus（L. rhamnosus）、Lactiplantibacillus plantarum（L. plantarum）和Lactobacillus helveticus（L. helveticus）组成复合发酵剂应用于北塔果汁共发酵。通过整合风味物质检测、非靶向代谢组学和生物信息学分析，揭示了微生物"团队协作"塑造风味的分子密码。

研究采用高效液相色谱（HPLC）定量有机酸和游离氨基酸，气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析挥发性成分，结合Spearman相关性网络和冗余分析（RDA）解析菌株互作关系。非靶向代谢组学通过超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF-MS）检测278种差异代谢物，KEGG通路富集揭示关键代谢途径。

动态风味物质变化规律

通过监测发酵过程中OAs、FAAs和VFCs的动态变化，发现三联菌种协同降低了苹果酸等刺激性酸含量，同时促进l-(+)-乳酸和dl-苹果酸积累，形成温和酸味特征。谷氨酸和天冬氨酸等鲜味氨基酸显著增加，与苯乙醇等果香物质呈正相关。

微生物互作网络解析

RDA分析显示L. plantarum主导碳水化合物代谢，L. rhamnosus促进氨基酸转化，L. helveticus则协调整体代谢流分配。三菌种通过交叉喂养（cross-feeding）共享中间产物，如L. rhamnosus产生的丙酮酸被L. helveticus转化为双乙酰，赋予产品典型奶油香。

代谢通路调控机制

从278种差异代谢物中筛选出4种关键标志物（双乙酰、苹果酸、l-(+)-乳酸和dl-苹果酸）。KEGG分析显示三羧酸循环（TCA循环）和氨基酸代谢通路显著激活，其中丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢轴（Ala-Asp-Glu）与鲜味形成高度相关。

该研究首次系统阐明LAB共发酵中"代谢分工-物质交换-风味协同"的作用链条，证实多菌种协同可通过重构核心代谢网络（如TCA循环支路重编程）优化风味轮廓。发现的微生物互作靶点（如双乙酰合成模块）为精准设计发酵剂提供了分子开关，而建立的"风味物质-代谢通路-菌株功能"关联模型，则为工业化生产风味定制化发酵食品提供了理论框架。