芥子苷通过挥发组学与非靶向代谢组学调控榨菜风味形成的机制研究

榨菜作为中国传统发酵蔬菜，其风味形成机制尚不明确。本研究创新性地结合挥发组学(volatilomics)和非靶向代谢组学(untargeted metabolomics)技术，首次揭示芥子苷(sinigrin)通过调控乳酸菌(LAB)微生态和关键风味物质(如2,4,6-环庚三烯-1-酮和10E,12Z-十八碳二烯酸)影响榨菜色泽、pH和感官品质的作用机制，为传统发酵食品质量控制提供新思路。

　　

榨菜作为具有百年历史的中国传统发酵蔬菜，其独特风味一直备受消费者青睐。然而，作为原料的茎瘤芥(Brassica juncea var. tumida)本身含有大量芥子苷类物质，这类物质在发酵过程中如何影响最终产品的风味品质，至今仍是未解之谜。更关键的是，传统榨菜依赖自然发酵，微生物群落演替缓慢，导致品质不稳定。虽然已有研究表明乳酸菌(LAB)在发酵过程中起重要作用，但原料中的特征性成分芥子苷与微生物互作影响风味的机制尚未阐明，这严重制约了榨菜产业的标准化生产。

为破解这一难题，西南大学食品科学学院Wenfeng Li团队在《Food Chemistry: X》发表最新研究。研究人员选取三个品种茎瘤芥(Fuyou 928、Fuza No.5和Yongan xiaoye)，通过设置自然发酵与LAB接种发酵两组实验，结合20 mg/mL芥子苷处理，采用GC-MS挥发组学分析1131种挥发性成分，UHPLC-q-TOF非靶向代谢组学检测5519种非挥发性物质，配合微生物16S rRNA测序、分子对接等技术，系统解析了芥子苷在榨菜风味形成中的调控作用。

关键实验技术

研究采用三重技术路线：微生物层面通过16S rRNA测序分析菌群结构；代谢层面运用GC-MS和UHPLC-q-TOF分别检测挥发性和非挥发性成分；感官层面采用专业品评小组进行9分制评价。特别建立了包含1131种挥发性化合物的专属数据库，通过保留指数(RI)和NIST库比对实现精准定性。分子对接采用AutoDock Vina模拟组氨酸五肽(His-His-Val-Ala-Tyr)与鲜味受体的相互作用。

3.1 芥子苷影响发酵榨菜品质

实验发现LAB发酵显著提升感官总分，其中Fuza No.5品种表现最优。芥子苷处理使LAB发酵组的L和b色值显著降低，但所有样品pH稳定在4.4-4.6。值得注意的是，芥子苷会降低Fuza No.5榨菜的"口感"和"咀嚼感"评分，这为后续代谢组学分析提供了线索。

3.2 芥子苷改变微生物群落

16S分析显示自然发酵30天仍未检出厚壁菌门(Firmicutes)，而LAB添加组中乳酸菌属(Lactiplantibacillus)成为优势菌。α多样性分析表明LAB显著提高Chao1和ACE指数，而芥子苷仅轻微影响菌群结构。热图分析揭示Psychrobacter和Acinetobacter是LAB发酵组的特征菌属，这些菌株与泡菜风味形成密切相关。

3.3 芥子苷调控挥发性成分

GC-MS鉴定出15类1131种化合物，其中酯类、萜类和杂环化合物占比最高。OPLS-DA模型筛选出83种差异挥发物，芥子苷处理使LAB发酵组中66种物质发生显著变化。关键风味物质2,4,6-环庚三烯-1-酮(具木香且抑菌)含量因芥子苷添加而降低，而具有不良风味的2-异硫氰酸乙酯苯(辛辣味)和1-庚烯-3-酮(青草金属味)在LAB组中也被芥子苷显著抑制。

3.4 芥子苷影响非挥发性物质

代谢组学发现5519种物质中，氨基酸衍生物和有机酸变化最显著。芥子苷与LAB协同作用使半乳糖基二糖(Galβ1,3GlcNAc)和10E,12Z-十八碳二烯酸(风味前体)含量降低，这可能解释了感官评分下降的现象。有趣的是，组氨酸五肽(His-His-Val-Ala-Tyr)虽与鲜味正相关，但分子对接显示其无法像谷氨酸那样进入鲜味受体活性位点。

3.5 风味物质相关性分析

通过构建"成分-感官"关联网络，发现2-羟基-4-异丙基环庚三烯酮等物质与"口感"正相关，而8-环十六碳烯-1-酮等与"味道"负相关。芥子苷通过调控这些关键物质的平衡影响最终风味，但其水解产物葡萄糖的潜在作用仍需进一步验证。

这项研究首次阐明芥子苷作为原料特征性成分，通过"微生物-代谢物"网络调控榨菜风味的双重作用机制。研究发现虽然LAB能促进良好风味形成，但原料中的芥子苷可能通过抑制某些有益代谢物(如Galβ1,3GlcNAc)的产生而降低品质。该成果为榨菜生产提供了重要质量控制节点：在保证LAB优势菌群的同时，需监控芥子苷及其水解产物的动态变化。未来研究可聚焦于优化芥子苷降解工艺，或利用代谢工程手段定向调控关键风味通路，这对实现传统发酵食品的标准化生产具有重要指导意义。