基于宏转录组学和代谢组学解析山西老陈醋发酵过程中微生物群落与关键香气活性化合物的相关性

山西老陈醋（SAV）的风味形成机制尚不明确。本研究通过宏转录组学和代谢组学技术，揭示了SAV醋酸发酵阶段核心微生物（如Acetobacter pasteurianus、Pichia kudriavzevii等）与33种关键香气活性化合物（KAACs）的代谢网络，首次发现P. kudriavzevii在苯乙醇合成中的关键作用，为定向调控食醋风味提供了理论依据。

　　

食醋作为全球广泛使用的酸性调味品，其风味品质与发酵微生物密切相关。山西老陈醋（Shanxi Aged Vinegar, SAV）以其独特风味闻名，但长期以来，其关键香气活性化合物（Key Aroma-Active Compounds, KAACs）与活性微生物群的关联机制尚未阐明。传统研究多关注微生物组成变化，而忽略了功能活性与代谢通路的动态关联。尤其在醋酸发酵阶段——SAV风味物质形成的关键时期，核心微生物如何驱动酯类、醇类等典型香气物质的合成仍存在认知空白。

针对这一科学问题，天津科技大学王娇团队在《LWT》发表研究，创新性地整合宏转录组学和代谢组学技术，系统解析了SAV醋酸发酵过程中微生物功能活性与KAACs的时空关联。研究采集山西紫林醋业不同发酵天数（1/3/5/7/9天）的醋醅（Cupei）样本，通过SPME-GC-MS/MS（固相微萃取-气相色谱-串联质谱）分析挥发性成分，结合宏转录组测序揭示活性微生物的代谢潜能，并利用Pearson相关性分析和KEGG通路注释构建代谢网络。

3.1 醋酸发酵阶段的理化特性动态

监测发现乙醇含量从4.43 g/100g（第1天）降至0.57 g/100g（第9天），总酸（TTA）从1.39 g/100g升至5.86 g/100g，pH从4.00降至3.74。还原糖和氨基酸氮的波动反映微生物对底物的利用差异，为后续代谢分析提供基础。

3.2 挥发性化合物特征

共鉴定193种化合物，酯类占比超40%。OPLS-DA（正交偏最小二乘判别分析）筛选出26种差异代谢物（VIP>1），包括18种酯类（如乙酸乙酯、琥珀酸乙酯）、4种酸类（乙酸、3-甲基丁酸）及苯乙醇等关键物质，其浓度随发酵时间显著上升。

3.3 微生物群落演替

宏转录组显示乳酸菌（Lactobacillus）和醋酸菌（Acetobacter）占总微生物量的50%以上。物种水平上，Lactobacillus helveticus、Pichia kudriavzevii和Acetobacter pasteurianus为优势菌，其中P. kudriavzevii在发酵中后期丰度显著增加。

3.4 微生物-KAACs相关性

P. kudriavzevii与苯乙酯（phenethyl acetate）、苯乙醇（phenylethyl alcohol）呈强正相关（p≤0.05）；Acetilactobacillus jinshanensis关联9种KAACs（如γ-壬内酯）；而Lactobacillus acetotolerans与四甲基吡嗪（tetramethyl pyrazine）合成密切相关。

3.5 KAACs代谢通路

通过KEGG注释发现，P. kudriavzevii主导苯丙氨酸代谢通路（ko00360），贡献80%以上苯乙醇合成酶基因；A. pasteurianus驱动乙酸转化途径；L. helveticus参与脂肪酸代谢。最终确定8种核心微生物（含3种醋酸菌、2种乳酸菌和2种酵母）构成SAV风味代谢网络。

3.6 P. kudriavzevii的代谢潜能

预测该酵母含56种关键酶（TPM>5），涉及辅因子代谢（如多胺氧化酶EC:1.5.3.17）和苯丙酮酸脱羧酶（EC:4.1.1.-），实验分离的P. kudriavzevii W7菌株证实其苯乙醇合成能力。

该研究首次将SAV风味形成机制精确到物种功能层面，突破传统微生物组成分析的局限。发现的P. kudriavzevii等核心菌株为定向发酵剂开发提供靶点，而构建的代谢网络模型可指导优化工艺参数。未来通过原位接种P. kudriavzevii，有望实现SAV floral-fruity风味的精准调控，推动传统发酵食品的标准化生产。