本土细菌-酵母发酵剂重塑功能性微生物组和微生物代谢以增强宣威火腿风味与品质的机制研究

《Journal of Future Foods》：Mechanistic Insights into Indigenous Bacteria–Yeast Starter Cultures Reshaping the Functional Microbiome and Microbial Metabolism to Enhance Flavor and Quality of Xuanwei Ham

　　

理解本土发酵剂如何调控微生物代谢和风味形成对于改善干腌肉类品质至关重要。本研究调查了本土的Staphylococcus saprophyticus HS-42和Meyerozyma guilliermondii LS-76发酵剂在宣威火腿加工过程中的机制作用。与自然发酵相比，接种（特别是共接种）显著减少了脂质氧化并提高了感官品质，同时增加了挥发性风味化合物的多样性和丰度。为了阐明潜在机制，研究人员进行了宏基因组测序（Metagenomic sequencing），以表征功能性微生物组重塑和代谢变化。发酵剂重建了优势微生物群落，并根据KEGG（京都基因与基因组百科全书）注释富集了与氨基酸、碳水化合物和脂质代谢相关的通路。CAZy（碳水化合物活性酶）分析显示糖苷水解酶（glycoside hydrolases）、糖基转移酶（glycosyltransferases）和碳水化合物酯酶（carbohydrate esterases）丰度更高，表明碳水化合物利用潜力增强。相关性分析进一步证明了关键微生物类群与特征挥发性化合物之间的强关联，表明微生物驱动的代谢相互作用构成了风味生物合成的基础。这些发现提供了机制证据，表明本土细菌-酵母发酵剂重塑了功能性微生物组和微生物代谢，从而促进了宣威火腿的风味发展和整体品质提升。

**宣威火腿（Xuanwei ham）是中国三大干腌火腿之一，以其独特的风味和长达10个月的成熟过程闻名。长期以来，研究主要聚焦于加工过程中的理化变化，如水分含量、水分活度（a_w）、颜色、质地及风味化合物的生化反应。然而，近年来微生物在干腌肉制品中的关键作用日益受到关注，特别是**葡萄球菌属（*Staphylococcus*）**和酵母菌，它们通过蛋白水解和脂肪水解活性显著影响风味和色泽。**木糖葡萄球菌（*Staphylococcus saprophyticus*）**在自然发酵肉制品中常见，具有高盐耐受性和低生物胺产生特性；**季也蒙迈耶氏酵母（*Meyerozyma guilliermondii*）**则能耐受高盐低pH环境，产生酯类等芳香化合物。尽管已分别了解二者的作用，但它们在传统火腿生产中作为混合发酵剂的协同效应尚未被研究。为填补这一空白，研究人员从宣威火腿中分离了*S. saprophyticus* HS-42和*M. guilliermondii* LS-76，制备了单一及混合发酵剂，系统探究其在宣威火腿成熟过程中的影响。该研究发表在《Journal of Future Foods》。

本研究采用的主要关键技术方法包括：感官评价（由20名培训品评员采用10分量表进行）；电子鼻（E-nose）分析（C-Nose系统含18个金属氧化物传感器）；理化性质测定（pH计、水分含量测定、水分活度计、高效液相色谱（HPLC）测丙二醛）；质构和颜色分析（TA-XT Plus质构仪和CR-400色差仪）；挥发性风味化合物分析（顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS））；宏基因组测序（Illumina NovaSeq 6000平台，由北京清科生物技术有限公司完成）；生物信息学分析（Fastp、MEGAHIT、Prodigal、CD-HIT、Diamond等对NR、KEGG、CAZy数据库注释）；统计分析（正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）、单因素方差分析（ANOVA）及Spearman/Mantel关联分析）。样本来源为宣威市当地企业提供的黑猪后腿。

研究结果如下：
**3.1 感官评价**：与对照组（CK）相比，接种单一发酵剂（SS、MG）和混合发酵剂（SSMG）均显著提高了宣威火腿的滋味、香气、质地、色泽及总体可接受度（*P* < 0.05），其中SSMG组在所有感官评分中均最高，表明*S. saprophyticus* HS-42和*M. guilliermondii* LS-76具有协同增效作用。
**3.2 电子鼻分析**：电子鼻雷达图显示，SSMG组在大多数传感器上响应值最高，形成最大且最独特的雷达区域，表明该组释放的挥发性有机物（VOCs）种类和丰度最为丰富。
**3.3 理化性质分析**：SSMG组的pH值（6.03）显著低于CK（6.20），可能与微生物代谢产生酸性物质有关；水分含量（47.53%）显著高于其他组，推测由微生物胞外酶分解肌蛋白增加持水力所致；各组间a_w无显著差异（0.82–0.83）。丙二醛（MDA）含量在SSMG组（1.07 mg/kg）显著低于CK（1.52 mg/kg），表明混合发酵剂有效抑制了脂质氧化；颜色（L^*、a^*、b^*）指标无显著差异；质构中，SS、MG、SSMG组的弹性显著高于CK（*P* < 0.05），而硬度、内聚性、咀嚼性和回复性无显著差异。
**3.4 挥发性风味化合物分析**：共鉴定出119种挥发性风味化合物，包括醛类17种、醇类13种、酯类30种、酮类15种、酸类11种及其他类33种。接种发酵剂显著改变了风味物质组成，SSMG组的总含量最高，且醛、醇、酯、酸水平均显著高于CK（*P* < 0.05）。通过OPLS-DA（R2X=0.867，R2Y=0.988，Q2=0.947）和VIP分析，筛选出56种特征风味标记（VIP>1，*P*<0.05），其中15种化合物的香气活性值（OAV）>1，酯类和吡嗪类为主要贡献者。
**3.5 微生物群落分析**：
**3.5.1 α多样性**：宏基因组测序覆盖度>99.90%。SSMG组的Sobs、ACE、Chao1、Shannon指数最高，Simpson指数最低，表明具有最高的微生物群落丰富度和多样性。
**3.5.2 细菌群落组成**：在属水平上，*Staphylococcus*为绝对优势属（各处理组相对丰度>95%），其中*S. saprophyticus*为最优势种，在SSMG组中丰度最高（71.44%），且*M. guilliermondii* LS-76的添加促进了其稳定增殖。*S. equorum*为第二优势种（>10%）。
**3.5.3 真菌群落组成**：*Aspergillus*（>40%）为最优势属，其次为*Penicillium*、*Mucor*、*Rhizopus*等。*Meyerozyma*在MG和SSMG组中优势明显（相对丰度分别为7.53%和21.99%），与接种的*M. guilliermondii* LS-76一致。物种水平上，*Aspergillus glaucus*和*Aspergillus sclerotiorum*为共有优势种（>10%）。
**3.5.4 功能注释**：KEGG注释显示，代谢相关通路（碳水化合物、氨基酸、脂质、核苷酸代谢）在SSMG组中基因丰度最高，尤其与风味形成相关的42个KEGG三级通路显著富集。CAZy分析表明，SSMG组中糖苷水解酶（GHs）、糖基转移酶（GTs）和碳水化合物酯酶（CEs）的丰度最高，提示该组具有更强的碳水化合物利用潜力。
**3.5.5 相关性分析**：Spearman和Mantel分析显示，主要细菌（如*S. saprophyticus*）和真菌（如*A. glaucus*）与多种关键风味化合物（如2-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪等）呈显著正相关，而丙二醛与部分风味化合物呈负相关，表明微生物通过代谢相互作用参与风味生物合成。

讨论部分总结：接种混合发酵剂通过重塑微生物群落结构（提高优势菌*S. saprophyticus*和*M. guilliermondii*丰度）、增强代谢通路（尤其是氨基酸、碳水化合物和脂质代谢）及抑制脂质氧化，协同促进了风味化合物的合成，提升了宣威火腿的整体品质。相关性分析进一步支持了微生物-风味关联。研究结论如下：
接种含有本土*S. saprophyticus* HS-42和*M. guilliermondii* LS-76的混合发酵剂显著提高了宣威火腿的感官品质，促进了挥发性风味化合物的合成，并减少了脂质氧化。此外，宏基因组测序揭示这种混合发酵剂重塑了微生物群落结构，显著增加了代谢相关基因的丰度。因此，细菌-酵母发酵剂似乎是提升宣威火腿整体风味的可行方法。需要进一步研究阐明发酵菌株影响特定关键风味化合物产生的精确机制。