表皮葡萄球菌（Staphylococcus saprophyticus）调控雪茄芯叶发酵过程中微生物群落动态与香气组分合成的机制研究

本研究系统探讨了外源接种表皮葡萄球菌（Staphylococcus saprophyticus）对雪茄芯叶发酵过程中微生物群落结构、功能基因表达及挥发性香气物质合成的调控作用。结果表明，该菌通过促进醇酮类物质积累、激活碳水化合物与氨基酸代谢通路（如CAZy、EggNOG注释的GTs与CBMs模块），并与芽孢杆菌（Bacillus）形成协同互作，显著提升雪茄感官品质与发酵效率，为微生物定向调控雪茄发酵提供了理论依据与实践策略。

　　

材料与方法

本研究以湖北恩施产区CX-14雪茄芯叶为原料，表皮葡萄球菌（Staphylococcus saprophyticus）分离自腌肉表面，经LB培养基扩增后以1.3%接种量处理烟草，对照组（CK）仅加等量水。发酵过程湿度控制在34%±2%，温度28°C±2℃，持续35天，分别于发酵前（CK-0/J-0）、第7天（CK-1/J-1）、第14天（CK-2/J-2）及第35天（CK-3/J-3）取样。挥发性香气成分采用同时蒸馏萃取（SDE）结合GC-MS技术分析，微生物群落通过宏基因组测序（Illumina平台）及OTU聚类解析，功能注释依托EggNOG、KEGG及CAZy数据库完成。

香气化合物动态变化

发酵过程中总香气含量呈先升后降趋势，接种组（J）在第7天即达峰值1619 μg/g，显著高于对照组第14天的峰值1484 μg/g，表明接种显著加速香气形成。除新植二烯（neophytadiene）和植醇（phytol）后趋势依然一致。关键香气物质如大马酮（damascone）、茄酮（solanone）及十五醛（pentadecanal）在接种组中含量显著提升。感官评价显示接种组在香气质量、余味、甜度及刺激性降低方面均有改善。

微生物群落结构与多样性

OTU分析表明，接种组微生物丰富度（Chao1指数）与多样性（Shannon指数）显著降低，说明S. saprophyticus通过竞争性抑制主导了群落结构。门水平以厚壁菌门（Bacillota）、变形菌门（Pseudomonadota）、子囊菌门（Ascomycota）及担子菌门（Basidiomycota）为主；属水平中，接种组芽孢杆菌（Bacillus）相对丰度超92%，葡萄球菌（Staphylococcus）于第一次翻堆时达峰值后逐渐下降，鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas）及曲霉（Aspergillus）则受到抑制。

功能基因与代谢通路

KEGG注释显示碳水化合物代谢、氨基酸代谢、膜转运、能量代谢及辅酶维生素代谢为最富集通路。EggNOG Level 1注释表明核苷酸转运与代谢、转录、翻译及核糖体结构相关基因显著上调，反映微生物生长与蛋白合成活跃。CAZy数据库分析显示糖基转移酶（GTs）、碳水化合物结合模块（CBMs）及碳水化合物酯酶（CEs）基因丰度增加，促进了糖类转化与利用。Sankey图进一步揭示曲霉（Aspergillus）、鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas）、假单胞菌（Pseudomonas）、葡萄球菌（Staphylococcus）及芽孢杆菌（Bacillus）分别关联24、22、21、20及19个功能类别，表明接种拓宽了代谢功能多样性。

微生物互作与香气关联

Spearman相关分析显示葡萄球菌与芽孢杆菌呈强正相关，且二者与多数其他菌属负相关。葡萄球菌与37种香气成分（如1-methyl-4-(2-methyloxiranyl)-7-oxabicyclo[4.1.0]heptane、cis-6-nonenal）正相关；芽孢杆菌与40种成分（如茄酮、苯乙醇、大马酮）正相关。这种协同效应源于二者分泌的蛋白酶、脂肪酶、木聚糖酶及纤维素酶对烟草大分子物质（如蛋白质、淀粉、木质素）的协同降解，促进了香气前体释放与转化。

结论

表皮葡萄球菌接种通过调控微生物群落结构、激活关键代谢通路（如GTs、CBMs）、促进芽孢杆菌增殖及香气化合物合成，显著提升雪茄芯叶发酵效率与感官品质。该菌株具备缩短发酵周期、降低生产成本的应用潜力，为雪茄工业的微生物调控提供了理论支持与技术方向。