植物乳杆菌接种发酵提升贵阳酸米粉风味品质及其作用机制研究

本研究针对贵阳酸米粉自然发酵(NF)过程中易产生异味、风味品质不稳定的问题，通过植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)接种发酵(IF)技术，结合风味组学、代谢组学和微生物组学方法，系统解析了IF对挥发性风味化合物(VOCs)和非挥发性风味化合物(NVOCs)的调控作用，揭示了其通过抑制产丁酸微生物、促进醇醛类物质生成及调节氨基酸代谢通路等机制显著提升产品风味品质，为传统发酵食品的标准化生产提供了理论依据和技术支撑。

　　

贵阳酸米粉是贵州省具有地域特色的发酵型鲜湿米粉，以其微酸口感、独特发酵香气和质地深受消费者喜爱。然而，当前其主要依靠家庭或小作坊的自然发酵方式生产，在开放环境中利用环境中微生物进行发酵。这种方式极易受到环境因素影响，难以控制发酵微生物组成，增加了杂菌污染风险，导致发酵场所产生臭味，产品风味品质不稳定且存在食品安全隐患，严重制约了标准化生产。

为突破自然发酵的局限性，接种发酵被视作一种可加速发酵进程、缩短发酵时间、减少杂菌污染并促进标准化大规模工业生产的技术手段。植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)作为一种广泛应用于食品发酵的益生菌，在萝卜泡菜、果汁等发酵食品品质改良中表现出良好效果。它能够改变淀粉结构、降低米饭的血糖生成指数(GI)，并将淀粉转化为乳酸或细菌素以抑制腐败菌生长。然而，人工接种发酵产生的风味可能与自然发酵产品有所不同，甚至丧失天然微生物群落赋予的地域特色风味，这一领域仍需深入探索。

在此背景下，研究人员通过植物乳杆菌接种发酵贵阳酸米粉，系统比较了自然发酵(NF)与接种发酵(IF)两组产品的风味特性差异，并深入探究其形成机制。研究采用电子鼻(E-nose)、电子舌(E-tongue)、顶空固相微萃取-气相色谱-质谱(HS-SPME-GC-MS)和液相色谱-质谱/质谱(LC-MS/MS)等技术分析样品的香气和滋味特征，通过高通量测序解析微生物群落组成，并运用多组学关联分析揭示微生物多样性、风味化合物及代谢通路间的相互作用关系，为提升贵阳酸米粉感官品质提供理论依据。

本研究采用的关键技术方法主要包括：电子鼻和电子舌分别用于香气和滋味特征的快速鉴别；HS-SPME-GC-MS用于挥发性风味化合物(VOCs)的定性与定量分析；LC-MS/MS用于非挥发性化合物(NVOCs)的非靶向代谢组学检测；基于16S rRNA和ITS序列的高通量测序用于细菌和真菌群落结构解析；PICRUSt2功能预测分析微生物群落的代谢潜能；以及KEGG通路富集分析揭示差异代谢物涉及的生物学通路。所有统计分析均采用SPSS、SIMCA、R等软件完成，确保数据的可靠性与科学性。

3.1. 电子鼻与电子舌分析结果

电子鼻雷达图显示，IF组对有机硫化物、醇醛酮类、芳香化合物等传感器的响应值显著高于NF组，表明接种发酵可能增加了多种挥发性有机化合物的浓度。主成分分析(PCA)进一步证实IF组样品在香气特征上明显区分，且与特定传感器关联紧密。电子舌分析表明IF组酸味显著增强，而鲜味、苦味、涩味等滋味指标显著降低，这与植物乳杆菌促进碳水化合物代谢产酸、降低pH并影响蛋白质代谢的过程一致。

3.2. 贵阳酸米粉挥发性风味化合物研究

通过正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)模型，从87种VOCs中筛选出17种特征风味化合物。IF组以醇类、醛类、酮类和酸类(如己酸)为主，而NF组以酸类(如丁酸)和酯类为主。其中，IF组的醇类(如1-己醇)和醛类(如2-辛烯醛)含量显著升高，赋予产品浓郁的果香和酒香；而NF组的丁酸等物质可能导致不良气味。结果表明，接种发酵通过增加芳香活性化合物并减少异味物质，有效提升了产品整体风味。

3.3. 贵阳酸米粉非挥发性化合物研究

非靶向代谢组学分析揭示了IF与NF组间58种差异代谢物。IF组富含不饱和脂肪酸(如亚油酸、亚麻酸)和有机酸(如苹果酸、奎宁酸)，这些物质不仅是风味前体，还具有重要营养价值；而NF组则以饱和脂肪酸(如硬脂酸)和游离氨基酸(如L-蛋氨酸、L-酪氨酸)为主，与其较强的鲜味和苦味特征一致。植物乳杆菌接种发酵通过调节脂肪酸、有机酸和氨基酸代谢，显著改善了产品的滋味属性与营养功能。

3.4. KEGG分析

KEGG通路富集显示，IF组显著增强了氨基酸代谢、泛酸和辅酶A(CoA)生物合成以及磷酸戊糖途径，而NF组则以氨基酸合成与代谢过程为主。这些代谢变化与风味化合物的生成密切相关，表明接种发酵通过调控核心代谢网络定向优化了产品的风味品质。

3.5. 微生物多样性分析

高通量测序表明，IF组细菌群落中乳杆菌属(Lactobacillus)占比超过95%，而NF组则以未分类菌属(40.0%)、梭菌属(Clostridium_sensu_stricto_1和5)等为主，后者与丁酸产生密切相关。真菌方面，IF组以曲霉(Aspergillus)为主，其分泌的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶可促进底物降解与风味形成。功能预测分析进一步证实IF组微生物具有更强的碳水化合物代谢、有机酸合成和氨基酸生物合成潜能。

3.6. 微生物群落与风味化合物的相关性网络分析

Spearman相关分析揭示了18个微生物属与69种风味化合物间的显著关联。乳杆菌属(Lactobacillus)、乳球菌属(Lactococcus)等与醇类、醛类、不饱和脂肪酸等呈正相关，而梭菌属(Clostridium)、假单胞菌属(Pseudomonas)等则与酯类、烷烃及丁酸正相关。结果表明，植物乳杆菌通过抑制产异味微生物、促进有益风味物质生成，协同真菌群落(如毕赤酵母Pichia)共同塑造了产品的特征风味 profile。

本研究通过多组学联合分析，证实植物乳杆菌接种发酵可有效改善贵阳酸米粉的风味品质。其机制主要包括：抑制产丁酸微生物生长，减少异味物质生成；促进醇类、醛类等芳香活性化合物积累；调节不饱和脂肪酸、有机酸和氨基酸代谢，增强产品营养与风味特性。该研究不仅为贵阳酸米粉的工艺优化提供了具体策略，也为传统发酵食品的风味调控与标准化生产提供了理论参考和实践范例。未来研究可进一步结合感官评价验证仪器分析结果，并探索不同菌株组合发酵对风味多样性的影响。