乳酸菌发酵剂对泡菜风味和感官特性的调控机制及代谢组学分析

泡菜作为传统发酵食品，其风味品质受乳酸菌(LAB)发酵剂显著影响。本研究通过代谢组学(UHPLC-Q-Orbitrap-MS)结合电子舌/鼻技术，系统分析7种乳杆菌科(Lactobacillaceae)发酵剂对泡菜发酵过程中46种关键代谢物和感官特性的调控作用，发现特定菌株能显著提升鲜味氨基酸(如谷氨酸、γ-氨基丁酸)含量并降低异味物质，为工业化生产优质陈年泡菜(Mukeunji)提供科学依据。

　　

泡菜作为韩国传统发酵食品，其独特风味和健康功效深受全球消费者喜爱。然而，工业化生产中常面临发酵过程不可控、风味品质不稳定等挑战，尤其是长期发酵的"陈年泡菜"(Mukeunji)易产生过酸或异味。乳酸菌(LAB)作为发酵核心微生物，其菌株特异性代谢特性直接影响泡菜的最终品质，但不同乳杆菌科(Lactobacillaceae)菌株对风味形成的调控机制尚不明确。

为解决这一问题，Moeun Lee团队在《Food Bioscience》发表研究，通过多组学技术揭示了乳酸菌发酵剂塑造泡菜风味的分子机制。研究人员选取7株具有代表性的乳杆菌科菌株（包括植物乳杆菌Lactiplantibacillus plantarum、清酒乳杆菌Latilactobacillus sakei等）和1株参考菌株乳酸乳球菌Lactococcus lactis WiKim0124，采用UHPLC-Q-Orbitrap-MS代谢组学分析结合电子舌(E-tongue)、电子鼻(E-nose)技术，系统监测28天发酵过程中pH值、微生物群落、46种代谢物及感官特性的动态变化。

关键技术方法

研究采用16S rRNA测序分析菌群组成，通过UHPLC-Q-Orbitrap-MS和HPLC定量检测34种有机酸/糖/氨基酸，利用α-Astree II电子舌系统评估酸度、鲜味等5种味觉指标，结合Heracles II快速气相色谱电子鼻分析22种挥发性物质。所有实验设置三重复，数据通过R语言进行PCA和Spearman相关性分析。

研究结果

3.1 理化和微生物特性与发酵剂优势率

所有接种组pH值从初始5.59降至28天后的3.65-3.98，其中WiKim0189和WiKim39菌株产酸能力最强。16S测序显示，接种菌株在后期发酵中仍保持70%以上优势度，特别是弯曲乳杆菌L. curvatus占比达98.6%。

3.2 感官感知

3.2.1 代谢趋势

代谢组热图将样品分为三组：Group II（含WiKim39等菌株）的鲜味相关物质（谷氨酸、γ-氨基丁酸等）含量显著高于Group III。电子舌证实Group II鲜味信号值比Group III高32%（p<0.05）。

3.2.3 代谢谱与鲜味感知相关性

Spearman分析鉴定出12种与鲜味显著正相关的化合物，包括γ-谷氨酸（r=0.82）、乙酸（r=0.79）和甘露醇（r=0.75）。Group II的γ-氨基丁酸(GABA)浓度是Group III的2.1倍，提示其更强的谷氨酸脱羧酶活性。

3.2.4 电子鼻分析

Group II能有效降解鱼腥味物质(E,Z)-2,4-庚二烯醛（降低91%），并增加具有烘烤香气的乙基吡嗪（提升2.3倍），而Group III的硫化物2-甲基-3-呋喃硫醇含量高出45%。

结论与意义

该研究首次阐明特定乳杆菌科菌株通过协调代谢网络（如谷氨酸-GABA通路）优化泡菜风味的机制。WiKim39等菌株不仅能维持发酵优势，还可定向富集鲜味物质并消除异味，为开发"减盐不减味"的健康发酵食品提供关键技术支撑。这些发现不仅推动传统发酵食品的标准化生产，也为功能性发酵剂的设计提供了新思路。