发酵中国酸菜（浆水）的微生态奥秘：风味特征、群落结构与功能类群解析

为解决传统发酵酸菜（浆水）微生物群落与风味形成机制不明的问题，研究人员通过多组学分析结合微生物共培养技术，系统解析了山西浆水的特征挥发性化合物（VOCs）、核心功能菌群（如Weissella、Schleiferactobacillus、Latilactobacillus和Pichia）及其互作关系，发现细菌群落组装受随机过程主导而真菌群落受温湿度等环境因素驱动，并验证了P. fermentans与产酸细菌的共生关系对风味形成的关键作用，为浆水纯种发酵工艺开发提供理论依据。

　　

在中国西北地区，一种名为浆水（jiangshui）的传统发酵蔬菜制品承载着千年的饮食文化。这种色泽淡白、口感微酸的液体不仅是西北人民餐桌上的调味佳品，更在明代李时珍的《本草纲目》中被记载具有清热解渴的药用价值。然而，传统浆水发酵依赖环境微生物的自然富集，导致品质不稳定且存在安全隐患。更关键的是，关于浆水发酵过程中微生物群落如何组装、核心功能菌群如何塑造独特风味等科学问题始终未解。随着现代生物技术的发展，解析浆水发酵背后的微生态机制，成为实现从自然发酵向可控纯种发酵转变的关键突破口。

山西大学赵帅团队在《Food Chemistry: X》发表的研究，首次系统揭示了山西浆水的微生态特征。研究人员采集山西晋中、吕梁、太原和阳泉四地的浆水样本，通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析挥发性有机物，结合16S rRNA和ITS高通量测序解析微生物群落结构，运用中性群落模型（NCM）和冗余分析（RDA）探究群落组装机制，并通过分离核心菌株进行共培养实验验证功能类群的互作关系。

3.1 浆水样本的理化参数分析

研究发现四地浆水的酸度和色泽存在显著差异。晋中样本的滴定酸度最高（11.19±0.13 g/L），太原最低（7.01±0.05 g/L），这种差异与产酸菌群落组成相关。色度分析显示吕梁样本呈现更明显的绿色调（a=-0.67±0.01），而阳泉样本亮度值（L=8.02±0.05）最高，可能与原料预处理工艺有关。

3.2 不同区域浆水的挥发性有机物特征

通过GC-MS结合OPLS-DA和随机森林分析，筛选出19种标志性风味化合物。太原浆水富含丁酸和己酸（赋予奶酪香气），吕梁样本以乙酸乙酯（花果香）和4-乙基苯酚（甜香）为特征，阳泉样本则富含(E)-3-己烯-1-醇（青草香）。代谢网络预测显示这些化合物通过氨基酸代谢（如亮氨酸→异丁酸）、碳水化合物代谢（淀粉→异辛酸）和脂质代谢（亚麻酸→己烯醇）三条主要途径生成。

3.3 浆水发酵的群落结构解析

α多样性分析显示阳泉样本的细菌Shannon指数最高（3.79±0.09），而吕梁和阳泉的真菌多样性显著高于其他地区。群落组成上，太原样本以Schleiferilactobacillus（23.8%）、Caproicibacter（15.6%）为主，晋中优势菌为Lentilactobacillus（38.2%），而吕梁和阳泉分别以Latilactobacillus（51.9%）和Weissella（35.9%）为标志。真菌中Pichia在太原和晋中占比超80%，而吕梁和阳泉群落更复杂，含Fusarium等多种霉菌。

3.4 微生物群落组装机制

中性群落模型显示细菌群落组装主要受随机过程支配（R²=0.494-0.695），而真菌群落受温湿度等环境因素驱动（R²=0.258-0.456）。RDA分析证实相对湿度和露点温度解释了40.6%的细菌群落变异，且与Weissella等菌属呈正相关；温度则显著影响Pichia等真菌的生长，表明浆水微生物生态与山西当地风土存在紧密关联。

3.5 核心功能类群的互作验证

通过分离P. fermentans与4株产酸菌（S. harbinensis、L. plantarum等）进行共培养，发现酵母菌与产酸菌存在偏利共生关系：产酸菌通过降低pH值（至5.0±0.02）抑制P. fermentans生长，但其自身生物量提升2-3倍。感官评价证实P. fermentans与L. plantarum、S. harbinensis共培养时，浆水的风味饱满度评分最高（p<0.05），说明这三类菌是塑造浆水特色风味的关键功能类群。

这项研究首次系统绘制了山西浆水的微生物生态图谱，不仅揭示了环境因素与随机过程对群落组装的差异化调控机制，更通过功能验证明确了核心菌群的协同作用规律。特别值得注意的是，研究发现真菌群落对温湿度的敏感性高于细菌，这为针对不同气候区优化浆水发酵工艺提供了理论依据。此外，鉴定出的19种标志性风味化合物与Weissella等生物标志物，为开发浆水风味导向的合成微生物组奠定了基础。该成果突破了传统发酵食品研究局限于群落描述的局限，通过整合多组学分析与微生物互作实验，为传统发酵食品的标准化生产提供了创新研究范式。未来，基于这些发现可进一步设计功能菌株组合，推动浆水产业从经验驱动向精准调控的转型升级。