《Food Chemistry: X》：Metabolomics reveals the effects of different carbon sources on the quality and flavor profile of low-salt shrimp paste
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摘要专业翻译
代谢组学揭示不同碳源对低盐虾酱品质与风味特征的影响
研究亮点：
•添加葡萄糖和糯米粉可减少生物胺（biogenic amines, BAs）的产生。
•发酵虾酱比未发酵虾酱含有更丰富的风味化合物。
•碳源的添加激活了独特的代谢途径。
•添加碳源的
摘要专业翻译
代谢组学揭示不同碳源对低盐虾酱品质与风味特征的影响
研究亮点：
•添加葡萄糖和糯米粉可减少生物胺（biogenic amines, BAs）的产生。
•发酵虾酱比未发酵虾酱含有更丰富的风味化合物。
•碳源的添加激活了独特的代谢途径。
•添加碳源的低盐虾酱具有更明显的花果香气特征。
摘要正文：虾酱是一种传统发酵食品，通常直接作为开胃菜食用或用作烹饪中的增味剂。低盐虾酱仅含10%至20%的盐，显著低于传统虾酱（25%~30%）。外源碳源补充被广泛认为是调节微生物代谢和改善富含碳水化合物发酵体系风味质量的有效策略。然而，虾酱是一种根本不同的基质——高蛋白且内源糖极低——添加碳源在该体系中的代谢归宿和效应仍不清楚。本研究通过添加葡萄糖和糯米粉，探讨了额外碳源对发酵品质的影响。研究人员采用非靶向代谢组学方法鉴定代谢物变化并分析关键代谢途径；同时利用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME-GC-MS）研究发酵过程中挥发性风味化合物的演变。研究发现，添加葡萄糖和糯米粉可显著促进蛋白质降解，降低生物胺含量，并富集有机酸、寡肽及酮类等风味相关代谢物。发酵后的虾酱比未发酵虾酱含有更丰富的风味化合物，且添加碳源的虾酱表现出更明显的花果香气特征。碳源的添加激活了包括亚油酸代谢、甘油磷脂代谢和色氨酸代谢在内的独特代谢途径。研究结果为低盐虾酱发酵的品质改良和工艺控制提供了理论依据和数据支持。
论文解读
一、研究背景与意义
虾酱是一种传统发酵食品，常直接作为开胃菜食用或用作烹饪增味剂。传统虾酱含盐量高达25%~30%，而低盐虾酱仅含10%~20%的盐，虽更符合现代膳食健康理念，但低盐环境使发酵过程更易受腐败微生物侵扰，存在品质与安全风险。现有研究多聚焦于低盐虾酱的微生物群落组成及减盐带来的质量控制风险，而关于外源碳源在该高蛋白、低内源糖基质中的代谢归宿与效应，此前尚属空白。已有研究表明，在富含碳水化合物的发酵体系中，外源碳源补充可有效调节微生物代谢并改善风味品质，例如葡萄糖或蔗糖的添加可增加乙酸和乳酸等关键有机酸的产量。然而，虾酱与面包等体系截然不同，其高蛋白、极低内源糖的特性决定了碳源添加的代谢效应需要专门研究。基于此，研究人员系统探究了添加葡萄糖和糯米粉对低盐虾酱发酵品质的影响，以期为低盐虾酱的工艺改良和工业化应用提供数据支撑。
二、主要技术方法
研究人员采用多种关键技术手段开展研究。样本为新鲜红虾（Solenocera crassicornis），购自浙江舟山，分为三组：Y组（添加12%食用盐，空白对照）、P组（添加12%食用盐和6%食品级葡萄糖）、F组（添加12%食用盐和6%糯米粉），于25°C发酵12天，在第0、3、6、9、12天取样，每组设三个独立生物学重复。主要技术方法包括：盐度计测定盐含量，国标GB 4789.2-2016测定菌落总数，双缩脲法测定蛋白质浓度，SDS-PAGE分析蛋白质降解情况，高效液相色谱法（HPLC）测定生物胺含量，液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行非靶向代谢组学分析，顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）分析挥发性风味化合物，并采用主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）、KEGG代谢通路富集分析及感官评价等方法进行数据解析。
三、研究结果
3.1 发酵过程中低盐虾酱理化性质的变化
三组虾酱的盐含量在发酵期间均逐渐上升，但P组和F组始终低于Y组，这归因于碳源添加增加了总质量从而稀释了相对盐浓度。菌落总数方面，三组均呈先慢后快的增长趋势，发酵结束时Y组从3.43 lg(CFU/g)增至9.55 lg(CFU/g)，P组从3.32增至9.11，F组从3.24增至9.05。Y组显著高于P、F组，原因在于碳源添加使乳酸菌快速利用可发酵糖产酸降pH，抑制了虾酱中占主导的好氧腐败菌（如假单胞菌属和肠杆菌科）的生长。总蛋白含量在三组中均随发酵时间下降，Y组从127.09 mg/g降至83.80 mg/g，P组从119.27降至70.24 mg/g，F组从112.52降至60.72 mg/g，P、F组的蛋白降解程度显著高于Y组。SDS-PAGE结果显示，P、F组的目标蛋白条带明显更淡且弥散，证实碳源添加显著促进了蛋白质水解，而肌球蛋白轻链（MLC）在各组中均未出现明显降解。
3.2 低盐虾酱中生物胺含量分析
三组中均检出六种生物胺：酪胺、腐胺、尸胺、色胺、精胺和亚精胺。酪胺水平在三组中均随发酵时间升高，F组始终低于P组和Y组，这归因于糯米粉中的支链淀粉可通过氢键或疏水作用吸附游离酪氨酸，从而减少酪胺生成。腐胺在Y组呈“升高-稳定-再升高”三阶段模式，而P、F组呈“升高-降低-回升”波动趋势。尸胺和色胺在三组中均呈“升-降-升”模式，且P、F组始终低于Y组，原因在于葡萄糖在美拉德反应中与游离氨基酸竞争，减少了脱羧反应的底物。精胺水平在三组中均逐渐下降，亚精胺则逐渐上升，F组亚精胺水平在整个发酵期间高于Y、P组。
3.3 低盐虾酱不同发酵阶段的非靶向代谢组学分析
通过LC-MS/MS数据分析和HMDB、METLIN数据库检索，共注释到2089种非挥发性化合物，主要类别包括有机酸及其衍生物（29.09%）、脂质和脂类分子（26.86%）及有机杂环化合物（12.85%）。PCA分析显示，发酵12天后各组代谢模式发生显著变化，P组与Y组的代谢模式差异最大，而F组与Y组相对相似。PLS-DA分析表明，第12天各组样品在得分图中清晰分离为三个独立簇，200次置换检验验证了模型无过拟合且稳定性良好。火山图分析显示，Y组共有537种上调、339种下调代谢物；P组有615种上调、355种下调；F组有608种上调、345种下调，三组均呈现“净上调”的代谢特征。
3.3.1 代谢物聚类分析与VIP评分分析
在排名前50的显著差异代谢物中，12种下调、38种上调。下调代谢物中8种属于脂质和脂类分子，包括磷脂酰胆碱（PC）、溶血磷脂酰胆碱（LysoPC）和溶血磷脂酰乙醇胺（LysoPE），下调程度排序为P>F>Y，表明添加碳源比传统发酵更有效地减少炎症脂质产生，且添加葡萄糖优于添加糯米粉。上调代谢物主要包括有机酸及其衍生物、寡肽和脂类分子。第12天时，P组的lotaustralin和戊二酰肉碱显著高于F组，F组又高于Y组。lotaustralin可释放氢氰酸（HCN）并具有广谱抗菌活性，推测其可能贡献于虾酱的整体抗菌功能；戊二酰肉碱是线粒体β-氧化的关键中间体，可维持辅酶A（CoA）库稳态并增强Nrf2介导的抗氧化能力，提示添加葡萄糖可能间接帮助低盐虾酱在发酵期间维持抗氧化稳态。VIP分析显示，Y组显著上调了寡肽（Phe-Val、Ile-Phe、Phe-Phe），P组上调了Ile-Phe，这些寡肽可赋予甜、酸、咸、鲜、苦等多种风味并具有健康促进功能。P组和F组均显著上调了有机酸及其衍生物，酮类代谢物如米尔贝霉素beta1（Milbemycin beta1）在P组显著上调，埃博霉素A（Epothilone A）在F组显著上调。三组均出现脂质和脂类分子的广泛降解。Y组和F组显著上调了苯丙素类和聚酮类化合物，其中4-乙烯基愈创木酚可增强虾酱的抗氧化能力，聚酮甲基酮类（如2-庚酮、2-壬酮）贡献花果香气，某些聚酮环化产物具有共轭双键结构，在低pH下吸收橙红光，可部分替代亚硝酸盐的着色效果，增强虾酱的亮度和红度。
3.3.2 差异代谢物的代谢通路富集分析
基于KEGG数据库的富集和拓扑分析（p<0.05），Y、P、F组分别鉴定出10、9和10条代谢通路。三组共有7条共享通路：亚油酸代谢、甘油磷脂代谢、D-氨基酸代谢、核苷酸代谢、嘧啶代谢、花生四烯酸代谢和色氨酸代谢，这源于三者相同的发酵底物，表明三组虾酱在物质和能量产生方面具有高度相似的核心代谢模式，主要依赖脂肪酸氧化和脂质重塑。与Y组相比，P组缺少精氨酸和脯氨酸代谢通路及赖氨酸降解通路，表明添加葡萄糖有助于降低生物胺含量。F组的角质、软木脂和蜡的生物合成是仅次于亚油酸代谢的重要通路，这些疏水性脂质生物聚酯成分可减少发酵后期水分蒸发和脂质氧化，从而维持风味前体物质的稳定性。
3.4 感官特征与关键风味化合物
3.4.1 低盐虾酱发酵过程中挥发性有机化合物类别变化分析
通过HS-SPME-GC-MS共检测鉴定出709种挥发性化合物，含量排名前50的化合物包括7种醇类、9种烃类、6种酮类、12种杂环化合物、4种酯类、3种萜烯类、2种有机酸及其衍生物、2种醛类、2种苯衍生物、2种胺类和1种含氮化合物。发酵过程中挥发性化合物的种类和浓度变化显著，表明虾酱的风味特征在发酵期间动态演变。发酵后虾酱的风味化合物比未发酵虾酱更为丰富。
3.4.2 感官评价
由10名经过培训的感官评价员（5男5女，年龄23~33岁）对第0、6、12天虾酱样品的色泽、香气、风味和质地四个维度进行百分制评分。结果显示，添加碳源的P组和F组在色泽和香气方面表现更优，具有更明显的花果香气特征，整体感官评分高于对照组Y组。
四、讨论与结论
本研究表明，在低盐虾酱发酵中添加葡萄糖和糯米粉作为外源碳源，可显著促进蛋白质降解、降低生物胺含量、富集风味相关代谢物并改善感官品质。碳源添加改变了微生物代谢方向，从以蛋白降解为主转向糖酵解与有机酸生成，同时通过美拉德反应竞争游离氨基酸底物抑制生物胺形成。添加葡萄糖在减少炎症脂质和生物胺方面优于糯米粉，而糯米粉在维持亚精胺水平和减少酪胺方面更具优势。两种碳源均能激活独特的代谢途径，赋予低盐虾酱更丰富的花果香气。该研究为低盐虾酱发酵的工艺优化和质量控制提供了代谢层面的理论依据，并为未来工业化应用提供了数据支持。
