《Foods》：Food Aroma Formation by Filamentous Fungi: Metabolic Pathways and Selected Applications, with Emphasis on Asian Fermented Foods
挥发性有机化合物（VOCs）是影响发酵食品品质、植物基原料接受度以及天然香料开发价值的重要因素。随着消费者对天然、清洁标签食品需求的日益增长，微生物发酵被推崇为一种可持续的香气生产途径。与主要通过乙醇发酵、高级醇及酯类代谢塑造风味的酵母相比，担子菌和丝状真菌表现出更为突出的胞外酶分泌能力、复杂的底物降解、脂质氧化、酚酸转化、萜类转化及芳香前体生物转化能力，能够合成多样化的挥发性有机化合物。本综述聚焦于担子菌和丝状真菌（不包括酵母）在改善发酵风味中产生挥发性化合物的研究进展，系统梳理了产香真菌的类群、代谢基础、发酵工艺及其在发酵食品中的应用，并选取亚洲发酵食品作为重点应用实例。本文还探讨了真菌发酵面临的挑战及未来研究方向，为可持续风味配料的发展提供理论基础。
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引言
食品香气是由挥发性化合物触发的人类嗅觉感知，这些化合物包括醇类、酯类、醛类、酮类、酸类、内酯类、萜烯类、酚类、吡嗪类、含硫化合物及其他挥发性物质。本综述中，挥发性有机化合物（VOCs）指所有可通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）检测到的低分子量物质，无论其感官贡献如何。相比之下，香气活性化合物（aroma-active compounds）专指那些通过气相色谱-嗅闻联用（GC-O）、香气重组或缺失实验确认具有感官相关性的挥发性物质。并非所有挥发性物质都能形成可感知的香气，只有香气活性挥发物才能产生显著的感官效应。在多种感官属性中，香气在决定食品整体风味感知方面起主导作用。然而，传统天然香气化合物主要依赖植物提取和化学合成，植物来源受季节、地域、原料价格和提取效率限制，而化学合成产品在部分市场难以满足天然来源和清洁标签要求。因此，利用豆类、果蔬残渣和食用菌基质为原料的微生物发酵开发受到日益关注，其优势在于资源化利用和特异性生物转化。通过微生物发酵生物技术产生香气化合物的微生物包括细菌（如乳酸菌和醋酸菌）和真菌（如酵母、霉菌和担子菌），其中真菌因其独特的代谢能力而受到广泛关注。
真菌（尤其是丝状真菌和担子菌）在食品发酵体系中与细菌和酵母相比具有不同的功能定位，在产生香气化合物方面具有独特优势。曲霉属（Aspergillus）、根霉属（Rhizopus）、担子菌及其他丝状真菌具有更强的胞外酶分泌能力和更复杂的次生代谢潜力。它们能够在固态、半固态和液态发酵环境中通过淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、酯酶、漆酶、过氧化物酶和糖苷酶将复杂底物分解为可进一步转化的小分子前体。这些前体可进入糖代谢、有机酸形成、脂肪酸氧化、酚酸转化和萜类转化等过程，形成具有花香、果香、奶酪香、巧克力香、蘑菇香和坚果香等感官特征的多种挥发性化合物。因此，真菌在酱油、豆豉、茶、腐乳、奶酪、曲种、植物基食品和农业副产物的生物转化中对于风味调控具有重要意义。此外，与细菌和酵母不同，丝状真菌能够产生与植物高度相似的香气特征，这使其在天然香料生产中具有特殊价值。
近年来，真菌产香研究取得了显著进展，从传统曲种和自然发酵食品扩展到植物蛋白配料、植物基奶酪、食用菌菌丝体、茶叶发酵和发酵饮料等领域。已有若干综述涉及真菌产香的特定方面，包括新产香菌株的发现、各类真菌（如曲霉、根霉和担子菌）产香的代谢途径，以及微生物发酵工艺优化和农业副产物利用。然而，微生物资源、代谢机制、工艺优化和食品应用之间的系统整合尚待探索。因此，本文综述了除酵母外丝状真菌和担子菌产生挥发性化合物的真菌类群、代谢基础、发酵工艺及其在发酵食品中的应用，旨在为微生物发酵技术在食品工业中的应用提供理论基础。同时，该领域也面临一定挑战，例如控制香气形成的分子机制尚未明确阐释，固态发酵过程的放大存在巨大挑战。最后，本文提出了真菌发酵技术的未来发展路径。
本文为叙述性综述而非系统性综述。文献检索自Web of Science、Scopus和ScienceDirect，结合关键词检索：丝状真菌、担子菌、香气化合物、挥发性有机化合物、固态发酵、液态发酵和发酵食品风味。筛选了同行评审的原创研究论文和已有综述，优先纳入报道真菌代谢机制、纯培养实验和食品应用证据的研究。文献涵盖近期进展和经典基础研究。本综述旨在通过整合真菌菌株资源、代谢机制、发酵工艺调控和实际发酵食品应用来弥合知识空白。
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产香真菌及其风味功能
2.1. 曲霉属（Aspergillus）
曲霉属是酱油、曲种、茶叶及多种植物基发酵食品中最具代表性的丝状真菌之一，其风味功能可分为三类。米曲霉（Aspergillus oryzae）主要承担糖化、蛋白水解和植物蛋白修饰功能，在藜麦、蚕豆和酒类体系中表现出强大的淀粉水解、蛋白修饰和风味前体释放能力。黑曲霉（A. niger）参与酚酸转化和香兰素相关途径，南瓜皮发酵研究表明其可将食品加工废弃物与生物香兰素生产相连接。冠突散囊菌（Eurotium cristatum，异名Aspergillus cristatus）是茶金花发酵的关键真菌，能够重塑茶叶微生物群落，并与苯甲醛、芳樟醇、水杨酸甲酯、β-紫罗兰酮和1-辛烯-3-醇等关键挥发性化合物的变化相关。冠突散囊菌的研究表明菌株来源影响发酵茶的香气分类。白茶发酵研究表明冠突散囊菌可使体系从细菌主导转变为真菌主导，并增加酯类、酮类和杂环化合物。黑茶研究进一步比较了不同地区的冠突散囊菌菌株，发现其可增强花香、甜香、木香和果香，但关键香气组分存在差异。米曲霉、黑曲霉和冠突散囊菌等菌株通常通过胞外水解酶释放氨基酸、还原糖、脂肪酸和糖苷结合型香气前体，从而影响后续醇类、醛类、酸类和酯类的形成。在酱油和曲种体系中，曲霉的酶解作用与氨基酸、糖醇和脂肪酸代谢密切相关，是酱油风味、酒香和花香前体形成的重要组成部分。
2.2. 根霉属（Rhizopus）
根霉属的核心功能是植物基质糖化、酸酯平衡和脂质转化。本综述对少孢根霉（Rhizopus oligosporus）和米根霉（Rhizopus arrhizus）进行了仔细区分。这两个菌株在分类地位、酶谱和生态位方面存在差异。少孢根霉广泛用于天培（tempeh）发酵，以产生酯类、吡嗪类和有机酸著称，尤其在脂质代谢方面表现突出。米根霉（异名R. oryzae）常见于传统米酒曲（酒曲）中，表现出较强的糖化能力和酸性蛋白酶活性，对酿酒发酵体系中酯类、醇类和有机酸的形成有贡献。研究者比较了米曲霉和少孢根霉发酵的蚕豆粉，发现米曲霉更有利于蛋白质增加和鲜味相关属性形成，而少孢根霉对脂质代谢和某些香气属性的影响更为显著。此外，米曲霉样品中游离氨基酸和鲜味更突出，而少孢根霉样品中酯类和吡嗪类更丰富，表明米曲霉和少孢根霉在复合曲种设计中具有互补价值。少孢根霉在藜麦、蚕豆、米糠和菌丝体配料中的应用表明，其可同时影响营养成分、抗营养因子、功能特性和挥发性物质。少孢根霉菌丝体研究表明，通过固态发酵（SSF）和液态发酵（SMF）获得的生物质具有不同的感官属性。SMF样品富含糠醛衍生物、2-苯乙醇和脂肪酸，分别呈现焦糖、花香和奶油感官特征。SSF样品的挥发性物质较少，风味相对中性。这一差异表明同一真菌菌株的食品应用方向不仅取决于遗传背景，还取决于发酵形态和产品定位。米根霉菌株筛选显示，不同菌株在酶活性、抗氧化能力和挥发性物质产生方面存在显著差异，表明传统曲种中的米根霉资源可开发为定向风味菌株库。
2.3. 青霉属（Penicillium）
青霉属在该领域的代表性功能集中于脂解作用和奶酪风味形成。青霉的奶酪香气是脂肪酸前体和脂肪酶作用的结果，青霉并不会在任何植物基质上自动产生奶酪风味。通常，霉菌成熟奶酪在成熟过程中形成独特而复杂的风味特征。主要风味化合物包括2-庚酮和2-壬酮等甲基酮类，这些是通过霉菌脂解作用产生的香气活性化合物，主要来源于中链饱和脂肪酸。牛奶脂肪的这种酶促分解有助于奶酪成熟过程中独特感官特征的形成。因此，这些关键化合物可作为霉菌成熟植物基奶酪中奶酪风味发展的指标。罗克福尔青霉（P. roqueforti）和卡门培尔青霉（P. camemberti）在发酵豆乳研究中表现出明显的前体依赖性：如果豆乳体系缺乏短链和中链脂肪酸前体，即使接种青霉也难以形成2-庚酮和2-壬酮等关键酮类风味化合物；添加椰子油后，霉菌脂肪酶可将脂肪酸前体转化为目标风味。这些结果对植物基奶酪开发具有重要意义：风味失败往往不仅是菌株选择错误，还在于缺乏前体设计。
2.4. 担子菌（Basidiomycetes）
担子菌是产香非酵母真菌中最庞大的类群之一。蒜味小皮伞（Mycetinis scorodonius）可在绿茶浸液中产生巧克力味和麦芽味香气，其工艺稳健性已通过气相色谱-质谱-嗅闻联用（DI-SBSE-GC-MS-O）和实验室生物反应器转移得到验证。美味侧耳（Pleurotus sapidus）的单核菌株可在柑橘副产物流中产生对茴香醛及相关芳香化合物，形成茴香和木质香气。食药两用真菌茯苓（Wolfiporia cocos）可与黑加仑果渣联合开发发酵饮料并形成独特风味，发酵过程中产生芳樟醇（柑橘香）、香叶醇（花香）、苯乙酸（蜂蜜香）、苯乙酸甲酯（蜂蜜香）、丁香酚（丁香香）和2-苯乙醇（玫瑰香）。担子菌金孔菌（Auriporia aurulenta）可利用水果残渣形成以酯类和醇类为主的芳香挥发性物质，其潜力来源于氧化还原酶系统和复杂的芳香前体转化能力。农业工业废弃物可作为担子菌生产生物香料来源，其中侧耳属（Pleurotus）、烟管菌属（Bjerkandera）、小皮伞属（Marasmius）、栓菌属（Trametes）和密孔菌属（Pycnoporus）具有将低价值残渣转化为苯甲醛、苯甲醇、2-苯乙醇、萜类化合物和C8化合物的潜力。特别是白腐担子菌可产生具有商业价值的香气化合物，如香兰素和苯甲醛。白腐担子菌可将香草酸转化为具有宜人香气的香兰素。苯甲醛是第二大芳香化合物，具有杏、樱桃和杏仁香气。已发现多种担子菌可产生苯甲醛，包括亚白孔菌（Poria subacida）、污叉丝孔菌（Dichomitus squalens）、树脂层菌（Ischnoderma resinosum）、刚毛肉齿菌（Sarcodontia setosa）和猴头菇（Hericium erinaceus）。与负责糖化、蛋白水解和酸化的曲霉和根霉（丝状真菌）不同，担子菌更适合天然香料和发酵饮料的生产。
2.5. 其他丝状真菌
红丝状真菌在传统豆制品和谷物发酵中兼具风味和色泽价值。红菌豆腐研究表明，粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）可提供传统蘑菇风味基质，复合发酵可进一步增加酯类、醇类、酸类、酮类和5′-核苷酸，从而增强鲜味并降低苦味。需要注意的是，该研究聚焦于多菌复合体系，梅奇酵母属（Meyerozyma）和乳酸菌也参与风味形成，因此所有风味改善不能完全归因于粗糙脉孢菌。在大曲和酱香型白酒研究中，红曲霉属（Monascus）、热曲霉属（Thermoaspergillus）、嗜热霉属（Thermomyces）和曲霉属与醇类、醛类、酸类、酯类、吡嗪类、呋喃类、酚类和含硫化合物的形成相关。复杂真菌网络在传统酒类发酵中尤为重要。人工大曲比机械大曲具有更高的真菌多样性和更丰富的酯类/醇类挥发性物质，但机械大曲在液化能力和标准化方面具有优势。此外，强化大曲可提高泸州风味白酒品质，增加己酸乙酯含量并调整其他风味组分比例。其中应注意，大曲中报道的酵母属（Millerozyma）等酵母属于酵母属范畴，不在本综述核心范围内，仅作为复杂曲种生态系统的背景成员提及。这些结果表明传统发酵体系需要在复杂生态和过程可控性之间寻找平衡。
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真菌产香的代谢基础
本综述将真菌相关香气变化的证据分为四个层级：（i）通过纯培养或受控生物转化实验直接证明的香气化合物生物合成；（ii）真菌介导的香气前体释放或生物转化；（iii）多物种混合微生物群落中的间接香气调控；（iv）仅基于真菌丰度与挥发性谱之间统计相关性的关联证据。仅凭相关性不能作为真菌直接生物合成目标香气物质的确定性证据。
真菌发酵产香的基础在于其胞外酶分泌能力和次生代谢潜力。曲霉、根霉、红曲霉、冠突散囊菌和食用菌的菌丝体可在固态、半固态或液态体系中分泌蛋白酶、葡糖淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、糖苷水解酶和单宁酶，促进蛋白质、淀粉、多酚、脂质和糖苷结合型前体的降解和释放。这些前体进一步参与氨基酸转化、脂肪酸氧化、酯化、萜类代谢和美拉德反应，形成醇类、酯类、醛类、酮类、萜类、吡嗪类和C8蘑菇类挥发性化合物。真菌产香具有双重属性：一方面通过酶解降解和代谢转化增加食品香气的复杂性；另一方面改变蛋白质、纤维、多酚、抗营养因子和功能代谢物等非挥发性组分。
3.1. 胞外酶释放风味前体
真菌产香首先依赖于胞外酶对复杂食品底物的分解。淀粉酶和葡糖淀粉酶释放葡萄糖、麦芽糖等可发酵糖；蛋白酶释放游离氨基酸和小肽；脂肪酶释放游离脂肪酸；酯酶和糖苷酶参与结合型香气前体的水解；漆酶和过氧化物酶参与芳香化合物的氧化还原。这些反应决定了后续香气形成的前体库，是连接基质组成和挥发性产物谱的关键环节。其中，内肽酶、羧肽酶和氨肽酶（外肽酶）协同作用将贮藏蛋白水解为游离L-谷氨酸和5′-核苷酸，这两种关键化合物赋予大豆、蚕豆和藜麦独特的鲜味。根霉可产生淀粉酶和葡糖淀粉酶，将淀粉分解为葡萄糖，并产生乳酸和高级醇等增味物质，创造中国传统酒精饮料的独特香气和口感。此外，不同根霉菌株在酸性蛋白酶、淀粉酶、葡糖淀粉酶和酯酶活性方面存在明显差异，对应不同挥发性物质和关键香气活性化合物的形成能力。米曲霉和少孢根霉可分泌大量蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶和酯酶等酶类，分解蛋白质、多糖和脂质。在发酵藜麦和蚕豆时，可通过改变蛋白质、淀粉、寡糖、有机酸和挥发性物质的组成来改善植物基质的营养和风味特性。相关研究表明，真菌的香气形成不能仅用终点挥发性物质来解释，还应考虑酶促前体的释放过程。白腐真菌的漆酶体系进一步扩展了真菌酶系统与产香之间的关系。云芝（Trametes versicolor）和血红密孔菌（Pycnoporus sanguineus）可在菠萝废弃物的固态发酵中由法尼醇诱导产生高漆酶活性，为芳香前体转化提供酶学基础。
3.2. 碳水化合物和有机酸途径
曲霉和根霉通常是谷物、豆类和植物蛋白发酵中参与糖化、酸化和前体释放的核心微生物群。米曲霉在甜酒、藜麦和蚕豆体系中表现出较强的糖化和蛋白修饰能力，提高可利用糖和氨基氮，促进醛类、酸类和酯类的形成。米曲霉与解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）的比较研究表明，米曲霉组具有更高的糖化效率，并形成更多与可可、麦芽和花香相关的醛类。少孢根霉在米酒、藜麦、蚕豆、米糠和菌丝体配料中展现出产生有机酸、醇类、酯类和多种杂环化合物的潜力。彩色米糠含有酚酸、黄酮类、花青素、原花青素、生育酚、生育三烯酚和植酸等生物活性物质。经少孢根霉发酵后，挥发性物质种类显著增加。酯类、醛类、醇类、酮类、酸类、酚类、呋喃类、内酯类、萜烯类和吡嗪类共同形成脂肪、发酵、酸、坚果和烘烤香气。这些结果表明谷物和豆类副产物不仅是营养基质，也是糖化、氨基酸释放和挥发性物质产生的复合前体库。
3.3. 脂质氧化和甲基酮途径
脂质及其水解产物是奶酪、蘑菇和脂肪风味以及某些果香的重要前体。罗克福尔青霉和卡门培尔青霉在普通豆乳基质中因缺乏短链和中链脂肪酸（C6-C10，如己酸、辛酸和癸酸）而难以形成典型奶酪风味。当体系中补充椰子油等富含此类链长脂肪酸的脂肪源时，罗克福尔青霉可通过脂肪酶及后续氧化反应生成2-庚酮和2-壬酮等关键甲基酮，并减少豆腥味。这一结果表明真菌的香气功能必须与底物前体相匹配，仅接种功能性真菌（或曲种）不能保证目标香气的形成。当使用混合乳酸菌发酵食用菌汁（猴头菇和银耳）时，C8化合物含量显著降低，不受欢迎的蘑菇味减少，整体香气得到改善。C8化合物包括1-辛烯-3-醇、1-辛烯-3-酮、3-辛醇和3-辛酮，来源于亚油酸通过脂氧合酶/氢过氧化物裂解酶途径的酶促氧化，但应注意具体代谢途径细节可能因真菌种类而异。亚油酸首先被脂氧合酶氧化为10-氢过氧化物，然后被氢过氧化物裂解酶裂解产生1-辛烯-3-醇和10-氧代-反式-8-癸烯酸。糙皮侧耳（P. ostreatus）在苋菜籽基质中可产生更多C8相关化合物，如1-辛烯-3-醇、1-辛烯-3-酮、3-辛酮和3-辛醇，产生蘑菇、青草和脂肪样感官特征。在班巴拉花生基质中，C8化合物相对减弱，但麦芽、坚果、发酵和轻微花香特征增强。因此，脂质组成不仅决定单体挥发性物质的形成，还影响菌丝体配料的整体感官类型。
3.4. 氨基酸分解和芳香化合物
支链氨基酸和芳香族氨基酸可通过转氨、脱羧、还原和氧化反应形成醛类、醇类、酸类和酯类。这些反应通常与麦芽、坚果、蜂蜜、花香和发酵感官特征相关。糙皮侧耳在班巴拉花生基质中产生更多与Ehrlich型氨基酸分解相关的醛类和高级醇，表明培养基的氨基酸组成可调控菌丝体的香气方向。芳香族氨基酸中L-苯丙氨酸和L-酪氨酸的代谢产生多种重要香气活性化合物，包括对茴香醛、2-苯乙醇、苯甲醛和香兰素。其中，2-苯乙醇是一种玫瑰香芳香醇，通过Ehrlich途径由L-苯丙氨酸产生。从阿魏酸到香兰素的生物转化并非在所有真菌类群中均匀线性进行，首先从阿魏酸转化为香草酸，然后还原为香兰素。担子菌金孔菌在利用水果残渣进行液态发酵时可产生以2-苯乙醇和乙酸2-苯乙酯为代表的花香和甜香挥发性化合物。这些产物通常与芳香族氨基酸前体密切相关，表明农业副产物中的氨基酸、糖类和酚类组分可成为高价值香气生产的入口。此外，蔬菜废弃物的固态发酵也将2-苯乙醇列为副产物发酵中具有商业潜力的目标香气活性化合物之一。
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发酵工艺与香气调控
4.1. 固态发酵（SSF）
固态发酵（SSF）适合丝状真菌在低游离水环境中生长和分泌胞外酶，尤其适用于谷物、豆类、植物粉、米糠、豆渣、果蔬副产物和曲等固态或半固态基质，因此成为真菌产香的首选方法。SSF具有高底物浓度和低水分活度特征，产生与丝状真菌自然生态位相似的水分和机械胁迫。这种微环境条件有利于多种胞外酶的分泌和复杂次生代谢产物的生物合成。固态发酵的优势包括高底物浓度、用水少、易于模拟传统食品生态位，以及能够诱导胞外酶释放和局部微环境形成。同时，微生物在无游离水的湿固态基质上生长可促进复杂次生代谢产物（包括挥发性香气化合物）的产生，并已成功应用于多种基质的产香。例如，使用四种丝状真菌对九种不同农业工业副产物进行SSF，产生了数百种挥发性化合物，包括1-辛烯-3-醇、苯乙醛和苯乙醇。商业相关香气活性化合物的产量分别达到1.493 g/kg、1.297 g/kg和0.970 g/kg。此外，用米曲霉和少孢根霉对蚕豆粉和藜麦粉进行SSF可同时改变营养成分、抗营养因子、功能特性和挥发性谱。然而，由于固态基质中传质、传热和水分布不均，发酵放大常面临批次差异、局部过热和在线监测困难等问题，限制了SSF的应用。SSF本质上比液态发酵消耗更少的本体水。然而，从固态基质中下游分离纯化目标挥发性化合物可能增加整体工艺水需求。虽然副产物SSF筛选可快速发现大量潜在香气组合，但从筛选到工业化仍需解决参数优化、产量稳定性等问题，并可能需要更复杂的下游分离。
4.2. 液态发酵（SMF）
液态发酵（SMF）更适合可控菌丝体生产、发酵饮料和天然香料工艺。液态发酵产生的菌丝体富含多种生物活性化合物，并可能具有与新鲜食用菌相似的特殊功能特性，如高蛋白和高碳水化合物含量、低脂肪和低膳食纤维含量以及药用价值。与静态培养不同，摇瓶搅拌可增强氧气的传递、混合和剪切，刺激与底物组分的相互作用，并以静态培养无法实现的方式调控真菌代谢。担子菌的SMF更接近天然香气活性化合物的生物制造。其中，蒜味小皮伞与发酵绿茶结合产生巧克力样香气；金孔菌与水果残渣结合产生花香；茯苓发酵黑加仑果渣形成饮料风味；羊肚菌属（Morchella）、块菌属（Tuber）、香菇属（Lentinula）和蘑菇属（Agaricus）等食用菌可在碳源废物流中产生菌丝体和种特异性香气。与SSF相比，SMF具有参数控制、搅拌、传质、放大和产品回收等优势，更适合天然香料和菌丝体配料的生产。通过比较少孢根霉在SSF和SMF中产生的生物质，发现SMF样品中苯乙醇、麦角甾醇等与花香、鲜味和肉味相关的成分更为突出。这些结果表明菌丝体发酵在植物基食品、真菌蛋白和功能性配料开发中具有潜力，但其应用效果取决于菌株、发酵方法和目标食品场景。因此，应根据最终产品目标选择发酵形式。对于增味调味品和传统食品的风味改善可优先选择SSF，而对于高蛋白菌丝体、发酵饮料和单体香气的生产可优先选择SMF。
4.3. 混合发酵
传统发酵食品通常不是由单一真菌驱动的，而是细菌、真菌、环境微生物和理化因素共同作用的复杂生态过程。在酱油制曲、腐乳、白酒、醋和茶体系中，微生物通过碳水化合物降解、含氮化合物转化、有机酸形成和挥发性物质合成来影响风味。酱油制曲研究表明，魏斯氏菌属（Weissella）等细菌与氨基酸和乙酸乙酯等风味物质相关，表明细菌也参与曲霉主导体系的风味塑造。此外，植物乳植杆菌（Lactiplantibacillus plantarum，原Lactobacillus plantarum）、季也蒙梅奇酵母（M. guilliermondii）和粗糙脉孢菌的共发酵与单独使用粗糙脉孢菌的单菌发酵相比显著丰富了红菌豆腐的挥发性风味谱。在白酒生产中，含有枯草芽孢杆菌（B. subtilis）、表皮葡萄球菌（S. epidermidis）和粉状米勒酵母（M. farinosa）的强化大曲显著改善了泸州老窖风味白酒的酯谱。结果表明乳植杆菌属（Lactiplantibacillus）与乙酸乙酯正相关，而芽孢杆菌属（Bacillus）和曲霉属与有益风味化合物正相关。根据夏红茶发酵研究，微生物群落和挥发性代谢物发生显著变化，增加了夏红茶的甜味、醇味和顺滑度，减少了苦味，转变了香气，最终显著提高了整体品质。虽然这些研究并非全部以真菌为中心，但它们为非酵母真菌在真实发酵生态中的功能边界提供了参考。
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真菌在发酵食品风味形成物种中的应用
5.1. 白酒发酵体系
白酒作为世界六大蒸馏酒之一，依赖复杂微生物群落形成风味。不同真菌群落驱动不同类型白酒的特征香气谱。其中，曲种、大曲和酒醅是非酵母真菌食品发酵功能的重要来源。米根霉曲种菌株筛选表明传统米酒曲中存在可用于糖化、酯化和风味调控的根霉资源。根霉资源通过产生基础挥发性化合物（酯类和醇类）和关键生物活性化合物（酚类和黄酮类）显著增强黄酒的香气和风味。在人工大曲和机械大曲的比较研究中，人工大曲具有更丰富的真菌群落多样性和更广泛的挥发性化合物，尤其是对白酒风味特征至关重要的酯类和醇类。结果表明人工大曲的还原糖含量比机械大曲高0.24%，保水性高8.3%，酸度增加0.10个单位。相比之下，机械生产的大曲表现出更强的液化能力，但发酵能力降低。强化大曲研究表明，外源功能菌和曲药的生态调控可改善酯谱并增强泸州老窖风味白酒的果香和甜香。结果表明强化大曲降低了乳植杆菌属的丰度，增加了芽孢杆菌属和曲霉属的数量，并显著改善了酯谱。己酸乙酯增加27.2%，而乙酸乙酯减少26.6%，导致真菌网络发生变化。茅台风味白酒研究进一步表明曲霉属和未分类的Dipodascaceae构成核心真菌属，显著增强了关键风味化合物的产生，包括醇类、酸类和酯类。高温大曲研究将大曲内部异质性、基酒香气和脂肪酸代谢途径联系起来，表明不同层次和类型的大曲可能通过关键化合物的传递影响基酒风格。总体而言，非酵母真菌在传统酒类体系中的贡献具有群落复杂、相互作用强、因果验证困难的特征（属于关联相关性证据级别，需要纯培养验证）。
5.2. 茶叶发酵体系
茶叶发酵为冠突散囊菌的风味功能提供了相对清晰的模型体系。白茶研究表明，冠突散囊菌发酵可将微生物群落从细菌主导转变为真菌主导，重塑微生物群落并将真菌丰度从0.43%增加到64.94%。同时，增加了酯类、酮类和杂环化合物；观察到苯甲醛、2-甲基丁酸乙酯、1-辛烯-3-醇和某些乙酯类对香气有显著贡献。宏基因组功能注释还揭示了冠突散囊菌发酵可增强与能量产生和转化相关基因的丰度，同时降低抗生素抗性基因和毒力因子基因的丰度。此外，比较了来自不同地区（陕西、四川和湖南）的冠突散囊菌菌株，发现三个地区的菌株均可增强花香、甜香、木香和果香，但关键香气活性化合物的组合不同，主要通过关键香气活性化合物组成和浓度的变化影响发酵后黑茶的香气特征。其中，芳樟醇、壬醛、1-辛烯-3-醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-紫罗兰酮和香豆素等几种香气活性化合物存在于所有样品中，但相对含量在发酵黑茶中不同，导致不同的感官结果。此外，黑曲霉在茶叶和茶副产物发酵中也表现出明显的风味改善潜力。研究发现黑曲霉和康宁木霉（Trichoderma koningii）对茶渣进行SSF可增加氨基酸、芳香族氨基酸和功能成分的含量，为茶副产物的资源化利用提供了证据。此外，在夏绿茶发酵中观察到酯型儿茶素减少以及芳樟醇及其氧化物增加，表明黑曲霉发酵可通过减少苦味相关成分和增强花香挥发性化合物来改善低价值茶资源的品质。茶叶发酵的新颖之处在于菌株来源可成为风味分型的重要变量。从香气设计角度来看，不同的冠突散囊菌菌株可能对应不同的萜类、醛类、酯类和酮类。因此，茶真菌发酵未来可从经验接种转向菌株筛选和靶向香气定向发酵。
5.3. 豆制品发酵
豆豉和红菌豆腐代表了传统食品与新配料之间的过渡场景。在传统曲霉腐乳生产中，微生物群落的演替对特征挥发性化合物的形成和变化有显著影响。曲霉在发酵早期占主导地位，主要风味物质为大豆特有的醇类和醛类，包括1-己醇、1-辛烯-3-醇和壬醛。在后期，细菌和酵母增强，产生酯类、酮类和酚类等重要风味物质，包括愈创木酚（2-甲氧基苯酚）和3-辛酮。霉菌在前发酵阶段占主导，后发酵阶段细菌数量迅速增加。真菌与风味物质之间的相关性分析显示其相关性高于细菌，这是腐乳风味形成的重要原因。红菌豆腐是一种以粗糙脉孢菌为基础的传统发酵基质。多菌株发酵后，挥发性谱以果香、蘑菇香、花香和坚果香为特征。红菌豆腐苦味较少，鲜味增加，口感丰富，无酸味。固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GC-MS）结果表明红菌豆腐富含花香和果香挥发性物质，包括蘑菇特征的1-辛烯-3-醇和花香味的2-苯乙醇。对于腐乳自然发酵的研究，结果表明细菌和真菌参与碳源和氮源的降解以及挥发性香气的形成。共鉴定出19种特征风味化合物（呈味活性和香气活性前体），包括6种氨基酸、3种有机酸和10种挥发性香气活性化合物。这些食品体系通常包含真菌、细菌和酵母之间的复杂相互作用。豆豉和红菌豆腐可为传统发酵生态和感官改善提供证据，但要证明非酵母真菌直接产生特定香气活性化合物，仍需纯培养、合成群落或代谢追踪实验。
5.4. 其他发酵食品
除上述食品体系外，其他发酵食品包括植物蛋白配料、食用菌汁和蘑菇食品。其中，植物蛋白配料常面临豆腥味、苦味、青草味、功能特性不足和营养限制等问题。然而，米曲霉和少孢根霉可改变蛋白质、脂肪、淀粉、寡糖、有机酸和挥发性物质的组成，并产生酸类、醛类、酮类、酯类和内酯类等挥发性化合物。同时，当少孢根霉菌丝体作为替代蛋白时，SSF和SMF在风味强度和配方适用性方面产生差异。此外，彩色米糠经少孢根霉发酵后挥发性物质显著增加，也表明谷物副产物可通过真菌发酵转化为更具风味的配料。糙皮侧耳菌丝体研究表明，培养基的氨基酸和脂质组成可将菌丝体香气导向C8蘑菇香或Ehrlich麦芽/坚果香。这些研究表明植物基配料的风味改善不应仅依赖后添加风味，还应通过真菌发酵和前体设计进行内源风味重构。食用菌汁混合乳酸菌发酵研究表明，以猴头菇和银耳为原料制备复合汁，经混合菌株发酵，乳酸菌混合发酵可丰富清热解酒香气特征，减少壬醛和1-辛烯-3-醇等不良气味，并增加乙酸乙酯等花香成分。食用菌基质中的香气前体在乳酸菌发酵过程中可动态变化，但主要发酵主体是乳酸菌，因此更适合作为食用菌基质风味转化的边界证据。发酵蘑菇研究表明，蘑菇发酵可改善保藏性、感官和营养特性，但工业规模应用仍受预处理、成本、安全性和消费者偏好限制。
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结论
真菌发酵是生产天然香气活性化合物的一种有前景且可持续的方法。特别是丝状真菌和担子菌具有多样化的代谢能力，可合成多种挥发性有机化合物，包括C8化合物、萜烯、芳香醛和醇、内酯和吡嗪。在产香真菌多样性、香气形成代谢途径和发酵工艺优化方面已取得显著进展。现有研究表明，曲霉、根霉、青霉、担子菌和其他丝状真菌可通过胞外酶解释放前体，并通过糖代谢、有机酸产生、脂质氧化等途径形成多样化挥发性化合物。还提出了循环经济方法用于农业工业副产物作为发酵底物的资源化利用，同时解决了废物管理和可持续产香问题：冠突散囊菌在茶叶发酵中显示出菌株靶向潜力，米曲霉和根霉在植物蛋白和谷物基质改良中的稳定应用已得到证实，青霉的奶酪样香气被证明依赖于脂肪酸前体匹配，担子菌正成为天然香气物质和副产物高值化的重要资源。这些在传统发酵食品中的应用证明了真菌产香的实践意义。
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挑战与展望
尽管已取得显著进展，真菌产香的广泛应用仍面临若干挑战。首先是控制香气形成的分子机制尚未明确。目前大多数研究仍停留在挥发性化合物鉴定层面，而调控关键代谢途径的网络仍需进一步探索。其次，已系统研究的产香真菌多样性有限。许多潜在有价值的物种尚未被探索产香能力，且缺乏基因工程工具，限制了菌株改良。然后，从实验室到工业规模的生产过渡面临重大挑战，尤其是SSF工艺。虽然SSF具有底物利用效率高和真菌生态适应性强的优势，但热量和传质、含水量和在线监测难以控制，且可能需要更高的水消耗和更复杂的下游分离。在比较SSF和SMF时应进行全生命周期的水消耗综合评估，包括底物预处理、发酵和下游分离。最后，对真菌香气产品仍缺乏全面的毒理学评价。食品级真菌并不意味着所有工艺、底物和代谢物天然安全。必须关注植物副产物、菌丝体配料和发酵饮料中因细菌污染、残留底物和代谢副产物而产生的潜在毒素。挥发性化合物增加并不必然意味着感官改善。香气释放、味道、颜色、质地、营养和消费者接受度应纳入统一评价体系；还应考虑食品基质对香气保留/释放的影响以及不良异味形成的风险。同样，产香能力不等同于食品安全。对于曲霉属、青霉属、红曲霉属和较少研究的担子菌等属，必须对菌株进行具体安全评估，包括霉菌毒素生物合成基因簇筛选、次生代谢物分析、致敏性筛选和毒理学测试。相关监管框架包括欧洲食品安全局（EFSA）的安全资格认定（QPS）、美国食品药品监督管理局（US-FDA）的一般公认安全（GRAS）、欧盟的新食品授权以及中国的食品可用微生物菌株清单和新食品原料审批要求。候选菌株所需安全评估的程度应与物种、预期用途、生产工艺、安全使用历史和适用监管框架相称。
针对上述问题和挑战，应从以下四个方向建立更深入的研究并系统开展。首先，应聚焦于阐明控制香气形成的分子机制。多组学技术可用于机制分析，结合基因组学、转录组学、代谢组学和蛋白质组学；然后开展纯培养、合成群落、多组学、同位素示踪、香气重组和缺失实验，以增强因果证据强度。同时，应进一步探索关键香气活性化合物的调控网络和关键酶的鉴定。
其次，应建立食品级真菌菌株库，按酶活性、目标香气、安全性和底物适宜性进行分类。特别是应加强担子菌、根霉和曲霉优良菌株的系统筛选。还应不断探索新的产香菌株，并探索农业副产物作为发酵底物，符合循环经济原则。同时，还应开发菌株改良的遗传工具，如使用CRISPR等基因编辑工具进行高产菌株的基因工程改造，或关键酶基因的异源表达。
然后，应推进SSF和SMF的工艺工程研究。在这方面，可利用人工智能辅助发酵工艺参数优化和风味预测，利用电子鼻应用和近红外光谱进行
