《Food Microbiology》：Multi-omics integration deciphered microbial and metabolite dynamics during flavor development of probiotic-fermented
Gastrodia elata Blume
编辑推荐：
摘要本研究探讨了天麻在发酵过程中代谢物与微生物的更替及其相互关系。共鉴定出739种挥发性化合物，其中四种被认定为关键挥发性化合物：二甲基二硫化物、二甲基三硫化物、2-壬烯醛和大马士革酮。在主发酵液和次级发酵液阶段，优势细菌会随着总酸度、总多酚、总黄酮及pH值的变化而发生动态变化，
摘要
本研究探讨了天麻在发酵过程中代谢物与微生物的更替及其相互关系。共鉴定出739种挥发性化合物，其中四种被认定为关键挥发性化合物：二甲基二硫化物、二甲基三硫化物、2-壬烯醛和大马士革酮。在主发酵液和次级发酵液阶段，优势细菌会随着总酸度、总多酚、总黄酮及pH值的变化而发生动态变化，与天麻水提取物阶段相比，Limosilactobacillus和Acetobacter分别成为这些阶段的优势细菌。代谢组学分析显示，有16种代谢物与化学结构转化途径（核苷酸代谢、植物次生代谢物的生物合成）以及辅因子和维生素的代谢（叶酸生物合成）相关。这项研究为调控天麻中的特定风味提供了理论基础。
引言
发酵食品因其独特的风味和健康益处而备受推崇。关于中国传统药材发酵的历史记载可见于各类古典及现代药典中（Li等人，2020年）。由微生物代谢驱动的发酵技术不仅能够延长食品保质期，还能提升食品安全性、营养价值以及感官品质（Wang等人，2026年）。微生物、内源酶以及蛋白质、脂类、碳水化合物等复杂底物之间的代谢相互作用会产生多种活性化合物，如醇类、酸类和酯类。这些代谢物决定了产品的感官特性，同时可能带来健康益处（Han等人，2023年）。微生物活动在这些效应中起着核心作用。乳酸菌、酵母及其他微生物已被证明能够提升发酵乳制品、谷物及相关中药材的生理功效和功能特性（Xu等人，2021年；Zhang等人，2025年；Zhang等人，2023年）。因此，要了解发酵食品及治疗性物质的作用机制，就需要明确发酵过程中微生物群落的更替以及代谢物的变化规律。
天麻作为一种传统中药，因其镇静、提神及抗癫痫功效而被广泛使用（Zhong等人，2025年）。现代药理学研究已确定天麻素、4-羟基苯甲醇以及多种多糖是天麻的主要活性成分，它们具有神经保护、抗氧化以及调节神经递质代谢的作用（Yang等人，2024年；Zhou等人，2024年）。然而，传统的天麻制剂存在活性成分转化率低、生物利用度有限的问题。近年来，益生菌发酵作为一种绿色加工技术，能够改善传统中药的化学成分和生物活性（Zhang等人，2023年）。这种技术似乎能够激活微生物的代谢途径，将前体化合物转化为更易被人体吸收利用的形式（Ma等人，2024年）。
乳酸菌和酵母的发酵作用不仅能促进传统中药中生物活性化合物的释放，还能改善其风味和营养价值。这种改善得益于多种化学过程所产生的关键香气化合物，如酸类、醛类和醇类。这些过程共同作用，有助于减少不良味道（Ding等人，2025年）。例如，Lactiplantibacillus pentosus的发酵能够改善牡蛎水解物的风味（Liu等人，2025年），而乳酸菌与酵母的联合发酵则能显著提升美国人参的风味和感官品质（Ding等人，2025年）。酵母发酵同样能提高沙棘汁的感官品质（Peng等人，2023年）。此外，传统中药的益生菌发酵还能增加药理活性化合物的释放，从而提升其功效，这在人参（Fukami等人，2019年）和紫苏叶（Wang等人，2022年）的研究中已有体现。发酵能够显著提升天麻的功能特性，而这些益处与微生物和代谢物的动态更替密切相关。基于我们之前关于益生菌发酵对天麻化学成分和生物活性有益影响的研究（Zhang等人，2025年；Zhang等人，2024年），我们推测这些功能提升与发酵过程中微生物和代谢物的动态更替密切相关。不过，驱动这些变化的具体动态机制仍有待进一步阐明，尤其是发酵过程中代谢物和微生物的动态演变机制尚未完全清楚。
本研究整合了不同发酵阶段的微生物更替、具有香气活性的挥发性化合物、非挥发性代谢物分析以及相关性研究。通过系统分析这些多维度数据，本研究旨在全面理解微生物-代谢物网络如何调控风味形成，从而为有针对性地提升发酵天麻产品的风味和品质提供理论依据。
章节节选
化学试剂
新鲜的天麻块茎是从中国陕西省汉中市的一家当地中药材种植户处采购的。Lactiplantibacillus plantarum则从台湾雅信生物科技有限公司获得。活性干酵母（Saccharomyces cerevisiae）由安琪酵母公司提供，而醋酸菌（Hu Niang No. 1.01）则购自上海迪发酿造生物技术有限公司。
样品制备
新鲜天麻在200公斤的试验规模下进行了加工。原材料先在蒸馏水中进行两轮煎煮
不同处理阶段样品的物理化学特性及微观形态分析
为确保工业生产的可重复性并提升目标风味，本研究采用了高度可控的序贯发酵策略。首先接种乳酸菌，经过24小时发酵以快速降低pH值并积累初始有机酸。之后加入酵母，将碳水化合物转化为酒精和具有风味的酯类，直至酒精含量超过5%。随后进行关键的巴氏杀菌步骤，将温度控制在60℃以上，持续30分钟。这一
结论
本研究分析了天麻发酵过程中微生物群落、挥发性风味化合物以及小分子物质的变化情况。明确了不同发酵阶段细菌与挥发性分子以及代谢物之间的相互作用，为风味形成的机制提供了重要见解。挥发性分子的改变影响了天麻的风味特征，尤其是某些重要的挥发性化学物质
CRediT作者贡献声明
徐鸿波：项目管理、资金获取。史新波：正式分析、数据整理、概念构建。刘彦茹：验证、监督、方法设计、正式分析。刘文豪：验证、正式分析、数据整理。张超奇：初稿撰写、可视化分析、验证、方法设计、正式分析、数据整理、概念构建。陈凯：正式分析、数据整理。孟晓翠：研究调查、正式分析、数据整理。张存利：监督
未引用参考文献
Yang等人，2024年；Zhang等人，2023年；Zhang等人，2025年；Zhang等人，2025年；Zhang等人，2023年。
资金支持
本研究得到了陕西省中医药管理局“双链融合”青年及中年科研创新团队项目（2022-SLRH-YQ-005）、陕西省教育厅的重点科学研究计划（项目编号23JY025）、陕西省科学技术厅社会发展领域重点研究计划的一般项目（项目编号2024SF-YBXM-520）以及陕西省的相关资助。
利益冲突声明
? 作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
张超奇|刘文豪|孟晓翠|陈凯|余景高|张存利|徐鸿波|刘彦茹|史新波
由陕西省与教育部共建的中医药资源产业化协同创新中心、秦药特色资源（栽培）研发国家重点实验室、陕西创新药物研究中心、陕西中医药大学，中国陕西省咸阳市712083
