《Journal of Food Composition and Analysis》：Targeted Regulation of Flavor Precursors and Quality Improvement of Fermented Meat Flavors Based on the O2PLS Model
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本研究利用微生物发酵制备大豆蛋白基肉味香精。在三菌株共发酵过程中，采用高效液相色谱（HPLC）定量游离氨基酸变化，凝胶渗透色谱（GPC）测定多肽含量比例。随后通过美拉德反应产生风味物质。利用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）、气相
本研究利用微生物发酵制备大豆蛋白基肉味香精。在三菌株共发酵过程中，采用高效液相色谱（HPLC）定量游离氨基酸变化，凝胶渗透色谱（GPC）测定多肽含量比例。随后通过美拉德反应产生风味物质。利用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）、气相色谱-嗅闻（GC-O）和香气提取物稀释分析（AEDA）精确鉴定了香精中的特征香气成分。构建了双向正交偏最小二乘（O2PLS）模型以分析氨基酸、多肽和挥发性化合物之间的相关性。优化指标包括谷氨酸、半胱氨酸和赖氨酸，以及<1000 Da的肽段。通过单因素和正交实验确定了最佳发酵条件。优化后的最佳组合为：接种比例1:3:1，初始pH 7.0，碳源为葡萄糖，氮源为酵母提取物。在此优化条件下，发酵液中谷氨酸、半胱氨酸和赖氨酸的总含量达到1591.025 mg/L，<1000 Da肽段的比例为89.3%。感官评价显示风味改善，为优化发酵肉味香精提供了坚实的理论依据。
研究背景及问题：近年来，公众对健康饮食的关注推动了低脂植物基食品市场的快速扩张，但植物基产品普遍缺乏肉味香气，严重限制了消费者接受度。热反应制备的肉味香精成为研究热点，其中大豆蛋白因其均衡的氨基酸组成、富含美拉德反应关键前体、良好的发酵降解特性及低成本，成为制备高品质热反应肉味香精的首选反应底物。微生物发酵作为传统食品加工技术，混合菌株发酵可通过多种微生物酶系的协同作用实现底物高效水解，丰富风味前体。然而，现有研究多聚焦于工艺优化或风味鉴定，缺乏对发酵前体与美拉德风味形成关系的深入分析。因此，研究人员开展了本研究，旨在系统揭示前体物质与风味之间的复杂关系，并靶向调控发酵工艺以提升肉味香精品质。该研究论文发表在《Journal of Food Composition and Analysis》上。
研究人员开展的研究及结论：研究人员以大豆蛋白为底物，采用Actinomucor elegans、Monascus purpureus M1和Bacillus subtilis三菌株协同发酵，通过HPLC和GPC分别监测发酵过程中游离氨基酸和肽分子量分布的变化；随后利用美拉德反应制备香精，结合HS-SPME-GC-MS、GC-O和AEDA鉴定挥发性化合物及香气活性成分；构建O2PLS模型分析氨基酸、多肽与挥发性化合物的相关性，确定谷氨酸、半胱氨酸、赖氨酸及<1000 Da肽段为关键前体；通过单因素和正交实验优化发酵条件，最佳组合为接种比例1:3:1、初始pH 7.0、葡萄糖为碳源、酵母提取物为氮源。优化后，发酵液中谷氨酸、半胱氨酸和赖氨酸总含量达1591.025 mg/L，<1000 Da肽段比例为89.3%。感官评价显示优化香精的肉味、烤味和焦糖味显著增强，总体风味品质明显提升。该研究为靶向制备高品质发酵植物基肉味香精提供了坚实的理论基础。
主要关键的技术方法（不超过250字）：研究人员采用的主要关键技术方法包括：高效液相色谱（HPLC）用于定量游离氨基酸变化；凝胶渗透色谱（GPC）用于测定肽分子量分布；顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）结合气相色谱-嗅闻（GC-O）和香气提取物稀释分析（AEDA）用于鉴定挥发性及香气活性化合物；双向正交偏最小二乘（O2PLS）模型用于分析氨基酸、多肽与挥发性化合物的相关性；单因素实验和正交实验用于优化发酵条件。所有菌株均来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心（CGMCC）。
研究结果（保留每个小标题，简要说明通过什么研究得出什么结论）：
3.1 游离氨基酸含量的测定：通过HPLC测定17种氨基酸在发酵过程中的含量变化，发现总氨基酸含量先增后减，在48 h达到峰值（2791.34 mg/L）。谷氨酸、赖氨酸和半胱氨酸等关键氨基酸含量在48 h也达到最高。
3.2 大豆蛋白发酵过程中肽分子量分布的变化：通过GPC测定肽分子量分布，发现<1000 Da肽段比例在整个发酵过程中逐渐增加，从36 h的68.28%升至60 h的73.28%，成为主要肽组分，且低分子量肽段更有利于美拉德反应中风味化合物的形成。
3.3 感官评价：对5个不同发酵时间（36-60 h）制备的肉味香精进行定量描述分析，结果表明MRPs-48（发酵48 h制备的香精）在肉味、烤味和焦糖味上得分最高，酸味和硫味得分较低，感官品质最优。
3.4 肉味香精中挥发性化合物的测定：通过HS-SPME-GC-MS鉴定了87种挥发性化合物，分为醛类、酮类、醇类、酯类、酸类、呋喃类、噻吩/噻唑类、含硫化合物、吡嗪类等。其中MRPs-48中挥发性化合物总含量最高（928.15 ng/g），硫化合物（如2-甲基-3-呋喃硫醇）和噻吩/噻唑类化合物含量较高，对肉味贡献显著。
3.5 肉味香精中香气活性化合物的鉴定：通过AEDA对MRPs-48进行香气活性分析，共检测到55种香气活性化合物，其中苯乙醇、杏桃内酯、磺酰醇、2-甲基-3-呋喃硫醇和呋喃-2-基甲硫醇的FD因子最高（243），表明这些化合物对整体肉味香精贡献最大。
3.6 游离氨基酸与风味组分的相关性分析：通过O2PLS模型（R2X=0.92, R2Y=0.824, Q2=0.513）和皮尔逊相关性分析，发现谷氨酸、亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸和半胱氨酸的VIP值>1，其中谷氨酸、赖氨酸和半胱氨酸与关键肉味香气化合物（如2-甲基-3-呋喃硫醇、呋喃-2-基甲硫醇）呈显著正相关，被确定为靶向调控的关键前体。
3.7 多肽与风味组分的相关性分析：通过O2PLS模型（R2X=0.997, R2Y=0.858, Q2=0.532）和皮尔逊相关性分析，发现<1000 Da肽段与1-(呋喃-2-基)乙酮、甲硫醇、2-甲基-3-呋喃硫醇等呈正相关，而1000-2000 Da和5000-10000 Da肽段与这些化合物呈负相关，因此<1000 Da肽段被选为优化指标。
3.8 单因素实验结果：以谷氨酸、半胱氨酸、赖氨酸总含量和<1000 Da肽段比例为指标，分别考察接种比例、初始pH、碳源和氮源的影响。结果表明接种比例1:3:1和1:1:1有利于氨基酸含量，pH 7时氨基酸含量最高，葡萄糖作为碳源时氨基酸含量显著高于其他碳源，酵母提取物作为氮源时氨基酸含量最高。
3.9 正交实验结果：基于单因素结果设计L9(3?)正交实验，确定最优组合为A3B2C2D2（接种比例1:3:1、初始pH 7、葡萄糖为碳源、酵母提取物为氮源）。验证实验表明，该条件下谷氨酸、半胱氨酸和赖氨酸总含量达1591.025 mg/L，<1000 Da肽段比例为89.3%，分别比优化前提高18.35%和18.75%。
3.10 MRPs-48与MRPs-I中挥发性化合物的比较：优化后香精MRPs-I中鉴定出99种挥发性化合物，比MRPs-48新生成21种化合物，如4,5-二甲基噻唑、2,3,5-三甲基吡嗪等。多数化合物含量高于MRPs-48，特别是苯甲醛、2-噻吩甲醛、3-羟基-2-丁酮、2-甲基-3-呋喃硫醇、2,5-二甲基吡嗪等显著增加，丰富了肉味香精的风味。
3.11 感官评价：感官雷达图显示，MRPs-I在肉味、烤味、焦糖味和硫味上得分均高于MRPs-48，酸味无显著差异，整体风味品质明显提升。
总结讨论部分：研究人员通过O2PLS模型和皮尔逊相关性分析揭示了游离氨基酸（谷氨酸、半胱氨酸、赖氨酸）和<1000 Da肽段与关键肉味香气化合物之间的正相关关系，以及这些前体与某些不良风味化合物（如3-甲基丁酸、苯乙酸等）的负相关或弱相关。通过单因素和正交实验优化了发酵条件，使关键前体含量显著提高，进而通过美拉德反应生成了更丰富的肉味、烤味和焦糖味化合物。值得注意的是，优化后硫味也增强，这可能是由于平衡的菌株比例和适宜pH促进了半胱氨酸降解及硫化合物的生成。研究结论翻译如下：本研究以大豆蛋白为基质，采用多菌株协同发酵策略优化了植物基肉味香精的感官品质。通过HPLC监测游离氨基酸动态变化，GPC分析肽分子量分布，GC-MS和GC-O鉴定关键挥发性香气化合物，O2PLS模型揭示了谷氨酸、半胱氨酸、赖氨酸及<1000 Da肽段与主要香气活性化合物之间的相关性。单因素和正交实验表明，最佳感官接受条件为：菌株接种比例1:3:1、初始pH 7、葡萄糖为碳源、酵母提取物为氮源。在此优化参数下，整体感官评分显著提高，肉味、烤味和焦糖味明显增强。值得注意的是，由于平衡的菌株和适宜pH促进了半胱氨酸降解和硫化合物生成，硫味也相应增加。这些发现为靶向生产高品质发酵植物基肉味香精提供了理论依据。
