解析曲霉型豆豉发酵过程中理化特性、风味物质与微生物群落的动态关联机制及其调控意义

本研究针对传统曲霉型豆豉(Aspergillus-type Douchi)发酵过程中品质不稳定和污染风险高的问题，采用HS-SPME-GC×GC-MS和高通量测序技术，系统解析了发酵过程中挥发性风味物质与微生物群落的动态演替规律。研究发现有机酸总量从23.33 mg/g增至64.03 mg/g，鉴定出36种关键风味化合物(VIP>1)，并揭示Firmicutes、Proteobacteria和Ascomycota为优势菌门。通过相关性分析发现pH和总酸度是影响细菌群落的主要环境因子，而Corynebacterium、Bacillus等6属微生物与至少4种关键风味物质显著正相关。该研究为豆豉定向品质控制和发酵菌种筛选提供了理论依据。

　　

豆豉作为中国传统发酵豆制品的代表，其独特风味源于半开放环境下的自然发酵过程。然而传统生产方式存在两大痛点：一是依赖环境微生物导致品质波动大，二是开放式发酵增加污染风险。随着消费者对食品品质要求的提升和工业化生产需求的增长，如何精准控制发酵过程成为行业难题。在此背景下，西华大学食品与生物工程学院的Guo Qingyan团队在《Current Research in Green and Sustainable Chemistry》发表的研究，首次系统揭示了曲霉型豆豉发酵过程中"微生态-代谢物-风味品质"的关联机制。

研究采用多组学联用策略：通过电子鼻技术进行风味轮廓初筛，结合顶空固相微萃取-全二维气相色谱质谱(HS-SPME-GC×GC-MS)精确定量86种挥发性化合物，利用Illumina NovaSeq平台对15个发酵阶段样本进行微生物群落分析（V3-V4区16S rRNA和ITS基因测序），并运用OPLS-DA和Mantel检验等生物信息学方法解析复杂关联。

【3.1 理化特性变化】数据显示发酵21天内，水分从53.50%降至42.39%，氨基酸氮含量增长近3倍(0.34→0.92 g/100g)，还原糖呈先升后降趋势。总酸度与pH值呈现显著负相关(r=-0.92)，说明微生物产酸主导发酵环境酸化。

【3.2 有机酸动态】HPLC检测发现琥珀酸、乳酸和柠檬酸占总有机酸的67.3%，其中乳酸增幅达304.69%。值得注意的是，乙酸含量控制在6.14 mg/g以下，避免了刺激性酸味的产生。

【3.5 风味物质演替】GC×GC-MS鉴定出1-辛烯-3-醇(104.03 μg/kg)等13种关键醇类物质，其阈值低至1.5 μg/kg，贡献典型的蘑菇香气。酯类物质中，棕榈酸乙酯(26.77 μg/kg)和亚油酸乙酯(47.35 μg/kg)赋予产品优雅的花果香，而酚类物质4-乙基愈创木酚(3.20 μg/kg)则带来独特的烟熏风味。

【3.6 微生物群落】高通量测序揭示细菌多样性显著高于真菌(Shannon指数7.82 vs 4.15)。Firmicutes门(含Staphylococcus和Bacillus属)在发酵中期占比达69.14%，而Ascomycota门(主要是Aspergillus属)始终维持>90%的绝对优势。Mantel检验显示Staphylococcus与Bacillus存在显著拮抗关系(p<0.05)，这种菌群更替与风味物质积累动态吻合。

【3.8 微生物-风味关联】网络分析发现Wickerhamomyces与4-乙基酚等6种关键风味物质显著正相关(ρ>0.8)。令人意外的是，优势菌属Aspergillus与多种酯类物质呈负相关，提示其在风味形成中可能起抑制作用。

该研究创新性地构建了"环境因子-功能菌群-风味物质"的调控网络，发现pH和氨基酸氮分别是影响细菌和真菌群落的关键开关。筛选出的Corynebacterium等6个核心功能菌属，为开发复合发酵剂提供了精准靶点。研究不仅为传统发酵食品的标准化生产提供了理论框架，其多组学联用策略也可推广至其他发酵食品的品质调控研究。未来通过定向调控这些功能菌群的比例，有望实现豆豉风味的可编程化设计。