《Journal of Agriculture and Food Research》：Enhancement of Sensory Quality of Yunnan Catimor Coffee Beans by Anaerobic Fermentation: An Integrated Analysis of Microbial Diversity, Sequencing, Metabolomics, and Volatile Profiling
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本研究采用细菌基因测序、非靶向代谢组学以及挥发性成分分析，考察厌氧预处理日晒加工（APSDP）对云南 Catimor 咖啡豆品质的影响。结果表明，APSDP 显著改变了咖啡豆的微生物群落结构，导致关键细菌物种如明串珠菌（Leuconostoc mesenter
本研究采用细菌基因测序、非靶向代谢组学以及挥发性成分分析，考察厌氧预处理日晒加工（APSDP）对云南 Catimor 咖啡豆品质的影响。结果表明，APSDP 显著改变了咖啡豆的微生物群落结构，导致关键细菌物种如明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）和植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum），以及真菌如 Lachancea lanzarotensis 和葡萄汁有孢汉逊酵母（Hanseniaspora uvarum）的相对丰度显著升高。同时，APSDP 显著提高了生豆中有机酸，尤其是乳酸和乙酸的含量，并上调了代谢物香豆素类、萜类和酚酸类物质的水平；在烘焙豆中，则促进了挥发性化合物的积累，包括酯类 γ-丁内酯（γ-butyrolactone）、乳酸乙酯（ethyl lactate）、乙酸异戊酯（isoamyl acetate）以及芳香族化合物苯乙醛（phenylacetaldehyde）。感官评价进一步表明，APSDP 可显著增强咖啡的水果香与花香属性，并改善整体风味轮廓。这些感官提升与代谢物及关键风味相关化合物积累的增加密切相关。
该研究发表于《Journal of Agriculture and Food Research》，围绕云南主栽阿拉比卡（Arabica）品种 Catimor 咖啡在厌氧预处理日晒加工（APSDP）条件下的品质形成机制展开。研究背景在于，咖啡最终风味不仅受品种与栽培环境影响，更与生豆加工方式密切相关。既往研究已表明，不同处理工艺会通过改变微生物群落演替和代谢活性，直接调控咖啡中风味活性化合物的生成。近年来，随着消费者对差异化、个性化咖啡风味需求上升，厌氧发酵逐渐成为精品咖啡加工的重要方向。该技术通过在封闭环境中调控温度、时长及微生物互作，促进乙醇、乳酸、乙酸等特征代谢产物生成，从而赋予咖啡热带水果、发酵酒香等特色感官属性。然而，针对云南产区尤其是 Catimor 咖啡在厌氧发酵过程中微生物群落演替、代谢物积累及风味形成之间关系的系统研究仍较为有限，因此有必要开展该项研究，以为云南咖啡质量控制与风味优化提供依据。
研究人员以云南省普洱市景东彝族自治县大朝山东镇漫庄村海拔 1200 m 处、2024 年 2 月采收的 Catimor 成熟咖啡果为对象，设置常规日晒加工（SDP）与厌氧预处理后日晒加工 5 d、9 d、14 d 三组处理，系统比较不同厌氧时长对咖啡果实和生豆品质的影响。结果显示，APSDP 显著重塑了咖啡果表面细菌与真菌群落结构，并引发生豆有机酸组成、代谢谱以及烘焙豆挥发性风味物质的显著变化。综合分析表明，随着厌氧发酵时间延长，功能性乳酸菌与酵母样真菌逐步富集，带动乳酸、乙酸等有机酸积累，并促进香豆素类、萜类和酚酸类代谢物上调，最终增强烘焙后酯类和芳香族挥发物的形成，提升水果香、花香、甜感与整体风味表现。研究结论说明，APSDP 尤其是较长时间处理，可作为提升云南 Catimor 咖啡特色风味与感官品质的有效工艺路径，对推动云南精品咖啡加工升级及产业可持续发展具有重要意义。
在技术方法方面，研究人员主要采用了四类关键技术。其一，对云南普洱漫庄村来源的 Catimor 咖啡样本进行 0、5、9、14 d 厌氧预处理发酵设计，并设置 3 个独立重复发酵罐。其二，利用全长 16S rRNA 与 ITS 基因高通量测序，对细菌和真菌群落组成与演替进行解析。其三，采用高效液相色谱（HPLC）测定生豆总可滴定酸（TTA）和有机酸，并以超高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-Q Exactive HF-X）开展非靶向代谢组学分析。其四，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）分析烘焙豆挥发性成分，并结合专业杯测进行感官评价，同时辅以主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）、冗余分析（RDA）和 Mantel 检验等多元统计方法进行综合关联解析。
在研究结果方面，论文主体可概括如下。
3.1. 厌氧预处理过程中微生物多样性与群落组成
研究人员利用全长 16S rRNA 和 ITS 测序分析不同厌氧处理时长下咖啡果微生物群落变化。主坐标分析（PCoA）显示，细菌群落与真菌群落在不同处理间存在清晰分离，且细菌群落随厌氧时间延长呈梯度变化。门水平上，APSDP 提高了厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度，降低了变形菌门（Proteobacteria）比例；真菌方面，子囊菌门（Ascomycota）上升，担子菌门（Basidiomycota）下降。种水平上，9 d 和 14 d 处理显著富集 Leuconostoc mesenteroides、Lactiplantibacillus plantarum、未分类 Weissella 和 Levilactobacillus；真菌中 Lachancea lanzarotensis、Hanseniaspora uvarum、Wickerhamomyces anomalus 等显著增加。该结果表明，APSDP 明显重塑了咖啡果微生物生态，表现为细菌丰富度增加而真菌丰富度下降。
3.2. 厌氧发酵过程中总可滴定酸与有机酸动态变化
研究人员通过高效液相色谱测定生豆酸度指标和有机酸含量。结果表明，与 SDP 相比，APSDP 9 d 和 14 d 组 pH 显著降低，总可滴定酸显著升高，显示代谢产物积累具有时间依赖性。酒石酸为含量最高的有机酸，在 APSDP 14 d 组达到 9.04 ± 0.8 mg/mL。乳酸和乙酸在 APSDP 14 d 组分别较 SDP 提高 24.6 倍和 1.48 倍，而柠檬酸在 9 d 和 14 d 组显著下降，14 d 组降幅为 13.3%。这一结果说明，厌氧预处理可通过提高乳酸与乙酸、降低柠檬酸，重塑咖啡酸质结构，使酸感更平衡、层次更复杂。
3.3. 厌氧发酵期间微生物群落演替驱动因素及共现模式
研究人员基于 Spearman 相关构建细菌和真菌共现网络，揭示群落互作关系。细菌网络中，厚壁菌门和变形菌门占主导，Leuconostoc mesenteroides、未分类肠杆菌科（Enterobacteriaceae）和 Weissella 具有较高丰度与中心性。真菌网络中，子囊菌门和担子菌门共同占据主要节点；早期丰度较高的 Papiliotrema flavescens、Symmetrospora marina 和未分类 Cladosporium 随发酵推进迅速下降，而后期 Lachancea lanzarotensis、Metschnikowia viticola 和 Kurtzmaniella quercitrusa 明显增殖。Mantel 检验显示，细菌群落与 pH、乳酸、乙酸和琥珀酸显著相关；真菌群落与 pH、总可滴定酸、琥珀酸、柠檬酸和乙酸显著相关。冗余分析进一步表明，Lactiplantibacillus plantarum、Levilactobacillus 与乳酸正相关，而 Lachancea lanzarotensis、Hanseniaspora uvarum 等与总可滴定酸及多种有机酸正相关。这说明微生物演替与有机酸代谢变化密切耦联。
3.4. 生咖啡豆代谢物变化
基于非靶向代谢组学，研究人员发现 SDP 与 APSDP 各组在代谢谱上明显分离，且随着厌氧时长增加，样本点逐渐向集中分布转变，提示特定代谢物富集。差异代谢物筛选结果显示，相较对照组，APSDP 5 d、9 d、14 d 组分别有 169、170、202 个上调代谢物，另有 96、74、103 个下调代谢物。进一步分析发现，APSDP 显著上调香豆素及其衍生物、萜类以及酚酸及其衍生物。例如，Trans-Chlorogenic acid、L-alpha-Amino-1H-pyrrole-1-hexanoic acid、Beta-Thujaplicin、Acetoacetic acid、9E-Heptadecenoic acid 和 17alpha-Estradiol 等均明显增加。尤其在 APSDP 14 d 组，这些代谢物的倍数变化最为显著。该结果表明，较长时程厌氧预处理显著促进了与风味形成相关的非挥发性前体物质积累。
3.5. 烘焙咖啡豆挥发性风味动态变化
研究人员使用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）解析烘焙豆挥发性成分，并结合气味活性值（OAV）筛选关键风味物质。结果显示，APSDP 尤其 14 d 处理显著提升了酯类和芳香族挥发物水平。γ-丁内酯在 APSDP 14 d 组较 SDP 提高 6.24 倍，乳酸乙酯较 APSDP 5 d 和 9 d 组分别提高 3.12 倍和 2.53 倍；乙酸异戊酯仅在 APSDP 14 d 组检出并显著升高。与此同时，苯乙醛在 APSDP 14 d 组亦显著高于 SDP 和 APSDP 9 d 组。感官评价表明，SDP 组以常规坚果香为主，而 APSDP 组在干香、湿香与风味维度上均表现出更高的花香、蜂蜜甜香、水果风味、甜感和酸质评分；其中 APSDP 9 d 组的花香和蜂蜜甜香尤为突出。体感维度方面，APSDP 组在香气、风味、口感、余韵、平衡性与总体质量上总体优于 SDP 组。
3.6. 烘焙咖啡豆特征风味代谢物与活性微生物群的相关性
研究人员进一步整合挥发性与非挥发性成分、理化指标、感官评分及发酵末期微生物群落进行主成分分析。SDP 样本主要分布于第二象限，以关键风味化合物含量较低为特征，相关挥发物主要为 2-Methylbutanal 和 p-Anisic Acid，其相关微生物主要为 Papiliotrema flavescens 和 Vishniacozyma taibaiensis，感官上表现出一定苦味、酚性涩感及青生味。APSDP 5 d 与 9 d 组部分重叠，APSDP 9 d 组处于过渡象限，开始富集 Levilactobacillus 等厌氧微生物，感官上表现出一定涩感和酸感，仅生成有限的酯类物质。APSDP 14 d 组位于第四象限，具有更佳甜感与酒香特征，特征挥发物包括 γ-Butyrolactone 和乙酸，这些化合物主要与 Leuconostoc mesenteroides、Lactiplantibacillus plantarum 和 Saccharomyces 的代谢活动相关。该结果说明功能菌群丰度提升与有机酸、酯类积累及花果香、甜感等优良风味特征呈正相关。
在讨论部分，研究人员指出，咖啡风味形成高度依赖加工方式引导下的微生物演替。与既往巴西等不同产区报道相比，本研究在云南 Catimor 咖啡中同样观察到乳酸菌和酵母样微生物富集，但优势物种组成存在地域差异，提示地理环境可能深刻影响厌氧加工生态过程。研究还强调，微生物群落变化通过特定代谢途径驱动酒石酸、乳酸、乙酸、琥珀酸等有机酸，以及香豆素类、萜类、酚酸类和酯类、芳香族挥发物的积累，构成风味增强的化学基础。尤其 APSDP 9 d 与 14 d 组之间的代谢差异，反映出微生物代谢累积效应可最终导致显著不同的感官结果。感官层面，APSDP 提升的水果香、花香与甜感，可能与 γ-丁内酯、乳酸乙酯、苯乙醛等挥发性化合物增加密切相关，也与 Leuconostoc mesenteroides、Levilactobacillus、Lachancea lanzarotensis 和 Hanseniaspora uvarum 相对丰度上升有关。
研究结论部分可译为：
通过整合全长 16S rRNA 与 ITS 基因测序、代谢组学分析和感官评价，本研究系统阐明了厌氧预处理日晒加工（APSDP）与云南 Catimor 咖啡风味品质之间的关系。APSDP 显著重塑了咖啡果的微生物演替过程，使 Leuconostoc mesenteroides、Lactiplantibacillus plantarum、Lachancea lanzarotensis 和 Hanseniaspora uvarum 等功能菌群占据优势。这种微生物群落的转变直接驱动了咖啡果实的代谢转化。具体而言，在烘焙过程中，优势微生物群促进了有机酸（乳酸和乙酸）的积累，上调了香豆素类、萜类和酚酸类物质的生物合成，并诱导形成 γ-丁内酯、乳酸乙酯、乙酸异戊酯和苯乙醛等特征挥发性化合物。总体而言，这些代谢变化增强了咖啡的水果香与花香，并改善了整体风味轮廓。该研究结果为云南 Catimor 咖啡的质量控制与风味优化提供了科学依据和技术支持，对于推动咖啡产业可持续发展和满足不断变化的消费者需求具有重要意义。
