《Food Bioscience》：Dynamics of physicochemical properties, microbial communities, and volatile flavor profiles in naturally fermented Jinke chili pepper
编辑推荐：
摘要金辣椒是一种具有独特感官特征的传统自发发酵辣椒制品。然而，其风味演变的微生态驱动机制和代谢途径尚未得到系统阐明。本研究将感官评价和理化分析与扩增子测序及气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）相结合，以阐明金辣椒发酵过程中微生物群落演替模式及挥发性风味形成的潜在机制。结果表明
摘要
金辣椒是一种具有独特感官特征的传统自发发酵辣椒制品。然而，其风味演变的微生态驱动机制和代谢途径尚未得到系统阐明。本研究将感官评价和理化分析与扩增子测序及气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）相结合，以阐明金辣椒发酵过程中微生物群落演替模式及挥发性风味形成的潜在机制。结果表明，Lactiplantibacillus（植物乳杆菌属）是发酵期间的主要细菌属，而Kazachstania（哈萨克斯坦酵母属）和Pichia（毕赤酵母属）是主要真菌属。还原糖、pH值和总酸被确定为驱动金辣椒发酵过程中微生物演替的核心理化因子。Lactiplantibacillus、Weissella（魏斯氏菌属）、Leuconostoc（明串珠菌属）、Kazachstania和Pichia被确定为与金辣椒特征风味形成相关的关键微生物。PLS-DA/VIP分析鉴定了19种差异挥发性化合物，主要为酯类、醇类、酮类和萜烯类，ROAV分析表明1-戊烯-3-酮、丙酸乙酯和α-蒎烯等化合物的香气贡献率较高。功能预测进一步表明，关键微生物之间存在协同作用：乳酸菌主要驱动碳水化合物代谢和风味前体的积累，而产香酵母则促进了高级醇转化和脂质水解。本研究对金辣椒发酵生态学的全面调查为理解具有地域特色的发酵蔬菜中风味形成的菌种-化合物关系提供了新见解，并为工艺标准化和定向菌种开发提供了理论基础。
引言
发酵是一种历史悠久且成熟的生物加工和保藏技术，能够促进微生物对植物性食品中营养素和风味前体的转化，从而提升感官品质、营养价值和潜在功能性（Han et al., 2023; Tang et al., 2024）。辣椒作为蔬菜和香辛料在世界范围内被广泛食用；其较高的含水量使其在储存过程中容易迅速品质劣变（Knez et al., 2023）。辣椒加工中通常采用自发发酵或以乳酸菌为主导的发酵工艺。这些工艺通过碳水化合物的转化来延长保质期，并促进有机酸及挥发性化合物（醇类、酯类、醛类和酮类）的形成，涉及氨基酸和脂质的转化（Dong et al., 2022; Ma et al., 2022）。在中国众多具有地域特色的发酵蔬菜中，产自湖北省黄石市的金辣椒是一种代表性产品，其以高山辣椒和天然泉水为原料，不经人工接种而进行自发发酵，产品具有独特的金黄色泽、爽脆口感及开胃醒目的风味特征。在此类传统自发发酵过程中，土著微生物仅来源于原料表面及周围加工环境。因此，微生物群落复杂而动态的演替是驱动金辣椒理化与生化变化以及特征风味形成的主要因素。
微生物群落结构和代谢活性主要决定发酵蔬菜的品质和风味发展（Li et al., 2023; Zhao et al., 2026）。已对发酵辣椒制品的微生物多样性和风味化合物关联进行了研究，包括剁辣椒（Ma et al., 2022）、糟辣椒（Dong et al., 2022）和发酵辣椒（Li et al., 2023）。细菌和真菌群落的显著变化与有机酸、醇类、酯类、醛类和酮类的积累相关。乳酸菌如Lactiplantibacillus和Weissella通常与酸化和有机酸产生有关，而Kazachstania和Zygosaccharomyces（真酵母属）等酵母可能通过醇类、酯类和芳香化合物的代谢参与香气形成（Shi et al., 2023）。因此，发酵辣椒的风味形成可能是由多种微生物的协同代谢驱动，而非由单一菌种决定。
除了微生物群落的变化外，pH值、总酸、还原糖、盐分和乙醇等理化参数也被认为是影响微生态和风味形成的重要环境因素（L. Huang et al., 2023）。在发酵过程中，还原糖被微生物生长和代谢消耗，而pH值因有机酸的积累而下降。由此形成的酸性环境有利于耐酸微生物（尤其是乳酸菌）的生长，同时抑制酸敏感和腐败微生物。乙醇和有机酸还作为酯类形成的前体，有助于果香和发酵香气的产生（Li et al., 2024）。优势微生物的生长和代谢活性受酸度、乙醇、还原糖和温度的影响，从而调控挥发性风味的形成（L. Huang et al., 2023; Li et al., 2024）。此外，原料、加工方法、盐条件和发酵环境的不同可能导致不同发酵辣椒制品在优势微生物群落、演替模式和风味形成途径方面的差异（Peng et al., 2023）。
以往的研究报道了各种发酵辣椒制品的微生物群落演替和风味变化。然而，原料形态、水源、盐条件和加工实践的差异可能影响发酵过程中微生物群落组成和挥发性风味形成。"金"辣椒采用高海拔种植的辣椒在天然泉水盐水中进行自发发酵，且不添加发酵菌种。此外，金辣椒发酵过程中细菌和真菌群落的时序变化及其与挥发性风味化合物演变的关联关系尚未得到系统研究。因此，需要对微生物群落、理化参数和挥发性风味变化进行系统调查，以更好地理解金辣椒的发酵特性。
本研究系统调查了自然发酵金辣椒的微生物生态学和风味化学特征。为阐明其独特风味形成的微生态驱动机制，我们整合了感官评价、理化分析、细菌和真菌群落的扩增子测序以及基于GC-IMS的挥发性风味剖析，跨越多个发酵阶段展开研究。还采用Spearman相关性分析结合PICRUSt2功能预测来鉴定核心产香微生物并重建金辣椒特有的风味代谢网络。本研究不仅填补了理解具有地域特色的辣椒产品发酵生态学方面的关键空白，还为工艺标准化、定向菌种开发和传统发酵食品的品质提升提供了理论基础。
章节摘要
发酵与取样
经预处理（清洗、沥水和去籽）后，将新鲜收获的金辣椒（Capsicum annuum L. cv. Jinke）装入清洁玻璃瓶中，浸没在含8%（w/v）盐的泉水中。在发酵第0、3、6和15天分别取样，分别对应未发酵、早期、中期和晚期发酵阶段。每个取样点准备三个独立发酵瓶，并从这些瓶子中采集样品
金辣椒发酵过程中感官品质和理化性质的变化
各发酵阶段的感官品质存在显著差异（图1A）。发酵3天的样品颜色得分高于其他时间点，而气味和味道得分较低，这可能是由于发酵不完全所致。发酵6天的样品整体感官品质最佳，尤其在气味、味道和风味方面表现突出。到第15天时，感官得分明显下降，表明发酵时间过长导致品质劣变。
在
微生物演替
发酵过程中观察到细菌群落发生显著演替。Lactiplantibacillus和Weissella在整个金辣椒发酵过程中持续主导细菌群落。Weissella在早期发酵阶段（第0–3天）迅速占据生态位（图3C）。从第6天到第15天，Lactiplantibacillus逐渐取代了Weissella（图3C）。这一趋势与之前的一项研究结果一致，该研究发现Weissella在早期泡菜中占主导地位（20.74%）
结论
本研究系统调查了金辣椒自然发酵过程中品质特征、微生物群落演替和挥发性风味化合物的演变。Lactiplantibacillus是优势细菌属，而Kazachstania和Pichia是优势真菌属。还原糖、pH值和酸度被确定为驱动微生物演替的关键因素，其中酸度驱动了细菌从Paucibacter（少菌属）向Lactiplantibacillus的演替
CRediT作者贡献声明
Xue Xiao（肖雪）：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，概念构思。Mangyang Shang（尚蟒阳）：撰写——初稿。Yanli Feng（冯艳丽）：撰写——审阅与编辑。Jun Liu（刘军）：撰写——审阅与编辑。Kangzhe Liu（刘康哲）：撰写——初稿。Qin Zhu（朱琴）：获取资助。Xiang Yu（于翔）：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，概念构思
未引用参考文献
Ge et al., 2024; Huang et al., 2023.
利益冲突声明
作者声明他们不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
资助
湖北省双百科技赋能项目（批准号：2025EIA078）；本研究获得湖北省食用野生植物保护与利用重点实验室支持（批准号：EWPL202102）。
利益冲突声明
作者确认，他们与本手稿所述工作不存在利益冲突。
Xue Xiao（肖雪）| Mangyang Shang（尚蟒阳）| Kangzhe Liu（刘康哲）| Qin Zhu（朱琴）| Yanli Feng（冯艳丽）| Jun Liu（刘军）| Xiang Yu（于翔）
