塑造韦拉克鲁斯咖啡感官品质的细菌群落：种植海拔、加工方法以及发酵时间的影响

《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Bacterial Communities Shaping the Sensory Quality of Veracruz Coffee: Impact of planting altitude, processing method, and fermentation times

　　

•咖啡果实微生物群在感官质量中起决定性作用
•发酵前后细菌多样性指数存在差异
•优势细菌门为变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门
•海拔与发酵之间的相互作用影响感官特性。
•适应农业生态背景的微生物群落可以优化发酵

咖啡是国际贸易中的主要商品（Rocha et al. 2024a, b）。阿拉比卡咖啡约占全球市场的 56%，主要用于因其香气和风味而备受推崇的精品咖啡（Hall et al. 2022; Batista et al. 2016）。在墨西哥，咖啡贡献了约 0.66% 的农业国内生产总值，是重要的农村收入来源，特别是在南部地区（Díaz 2021）。韦拉克鲁斯是墨西哥第二大咖啡生产州（SIAP 2024），其特点是支持生物多样性保护、碳封存、水分调节和野生动物栖息地的遮荫种植系统（García et al. 2017; Bello-Baltazar et al. 2019; Harvey et al. 2021）。

咖啡饮料的感官质量源于植物基因型、环境条件、果实发育和采后管理之间的相互作用（Nugroho et al. 2020; Worku et al. 2022）。在采收前因素中，种植海拔尤为相关，因为它与温度、湿度、太阳辐射的变化以及樱桃成熟的持续时间有关（Paudel et al. 2021; Haro et al. 2025）。然而，海拔不应被解释为孤立的因素，因为其影响与遮荫、土壤特征、基因型和作物管理相互作用（Márquez et al. 2020; Girma et al. 2025）。

高海拔地区的较低温度可能会延长果实发育，并改变与咖啡质量相关的化合物的积累（Abubakar et al. 2024; Hu et al. 2024）。已有报道指出，与海拔相关的差异存在于生物碱（Gebrekidan et al. 2019）、糖分、蛋白质、脂质和挥发性化合物的含量中（Nugroho et al. 2020; Hu et al. 2024）。这些差异也与豆子密度、大小和物理缺陷（Paudel et al. 2021; Worku et al. 2022），以及咖啡饮料的酸度、香气、风味和杯品质量有关（Márquez et al. 2020; Abubakar et al. 2024; Girma et al. 2025）。

咖啡果实成熟度和组成的变化可能会改变微生物可利用的生态位。咖啡果实表面、果肉和黏液含有可发酵糖、有机酸和果胶物质，可作为微生物生长的底物（Elhalis et al. 2023）。因此，与海拔相关的温度、湿度和成熟度差异可能会影响与咖啡樱桃相关的细菌的定殖和发育（Carbonetto et al. 2014; Veloso et al. 2020）。这种关系在韦拉克鲁斯尤为相关，那里的咖啡树种植在具有明显海拔梯度的山区遮荫种植系统中（Bello-Baltazar et al. 2019）。

收获后，加工方法会改变可用底物和微生物生长条件（Agnoletti et al. 2022; da Silva Vale et al. 2023; Mota et al., 2022）。在干法加工中，整个咖啡樱桃在干燥过程中始终与豆子保持接触，而湿法加工则在发酵前去除果皮和大部分果肉。这些差异可能会选择不同的细菌群落，并在加工过程中改变其演替（Amaral et al. 2026; da Silva Vale et al. 2023）。

发酵通过来自咖啡果实及其相关微生物群落的酶促进黏液去除（Martinez et al. 2017, 2020; Elhalis et al. 2023）。在此过程中，微生物转化糖分、蛋白质和果胶物质，产生有机酸、醇类和其他代谢物，从而改变发酵环境的 pH 值和化学成分（Agnoletti et al., 2022; Messias et al. 2025）。这些化合物有助于在烘焙的热反应过程中形成前体，主要是与甜味、柑橘味和果味感官特征相关的挥发性化合物（Haile et al. 2019; Calderon et al. 2024; Cardoso et al., 2023; Amaral et al. 2026）。

尽管咖啡微生物组包括细菌、酵母和丝状真菌，但本研究侧重于细菌多样性，主要是因为其在发酵过程中具有生长和改变咖啡果实化学组成的潜力，这是通过降解黏液化合物和产生有机酸实现的（Delgado et al. 2018; Gomes et al. 2024, Shen et al., 2025）。对 16S rRNA 基因的 V3–V4 区域进行测序，为表征这一细菌成分提供了特定框架，而无需试图代表总的微生物多样性（Veloso et al. 2020）。此外，咖啡果实化学成分的改变取决于在发酵过程中执行不同代谢功能的细菌多样性。例如，明串珠菌属和魏斯氏菌属可能参与有机酸的产生，而醋酸菌属和葡糖杆菌属则有助于糖分和醇类的氧化（Gomes et al. 2024; Amaral et al. 2026）。因此，关于咖啡果实细菌多样性的研究对于理解发酵过程中发生的化学变化以及为咖啡饮料的感官质量做出贡献至关重要。

以往的研究通常分别考察种植海拔、采后加工或发酵。种植海拔与咖啡化学成分和感官质量的变化有关（Nugroho et al. 2020; Hu et al. 2024），而采后加工和发酵条件可能与海拔相互作用并改变咖啡的物理化学和感官特性（Pereira et al. 2021; Vega et al. 2026）。然而，同时整合种植海拔、加工方法、发酵时间、细菌多样性和感官质量的研究仍然有限，特别是针对墨西哥咖啡。因此，本研究评估了种植海拔、采后加工（干法和湿法）以及发酵持续时间对墨西哥韦拉克鲁斯咖啡加工过程中与咖啡果实和发酵醪相关的细菌多样性的影响。此外，我们调查了细菌多样性的变化是否与所得咖啡饮料的感官质量有关。为此，在加工和发酵前对新鲜收获的果实，以及在发酵 24 小时和 48 小时后收集的发酵醪样本中对 16S rRNA 基因的 V3–V4 区域进行了测序。还分析了细菌多样性与所得咖啡饮料感官质量之间的关系。

章节片段
研究区域和采样
本研究在墨西哥韦拉克鲁斯州托图特拉市的三家咖啡农场进行，种植海拔分别为海拔 1100 米、1230 米和 1360 米（图 1）。采样点的地理坐标为：1100 米点为北纬 19°15′22″，西经 96°53′57″；1230 米点为北纬 19°14′29″，西经 96°54′46″；1360 米点为北纬 19°12′37″，西经 96°56′21″。长期气候条件特征是使用从 NASA 的预测中获取的月度及年度数据表征的。

结果
测序数据已存储在 BioProject PRJNA1505010 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/?term=1505010)。从咖啡样本的 16S rRNA 基因 V3-V4 区域测序产生了约 600 万条（6,527,736）序列。去除嵌合体、单例和低质量序列后，保留了 6,029,577 条高质量 16S 序列（占初始总数的 92.4%）用于生物信息学分析。

海拔的影响
细菌群落组成在三个种植海拔间存在差异，表明海拔与咖啡樱桃在采后加工前后微生物群的差异有关（图 3）。在主坐标分析（PCoA）中，来自 1100 米的样本形成了相对紧密的群体，而来自 1360 米的样本显示出更大的分散性，来自 1230 米的样本则占据中间位置（图 2）。这些模式表明群体组成和组内存在差异。

结论
本研究表明，咖啡感官质量源于种植海拔、加工类型、发酵时间与与咖啡樱桃相关的细菌群落组成之间的复杂相互作用，共同塑造了感官风土。下一代测序揭示了高度的细菌多样性，这可能受到施用生物刺激剂等农业生态实践的影响。尽管并非所有关系都达到了统计学显著性，

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这可能影响本文报告的工作。

CRediT 作者贡献声明
Paloma Evoli Candiani：可视化，形式分析，概念化。Marliane de Cássia Soares da Silva：写作 – 审查与编辑，写作 – 原创草稿，监督，方法学，调查，形式分析，概念化。José Maria Rodrigues da Luz：写作 – 审查与编辑，写作 – 原创草稿，可视化，验证，方法学，形式分析，概念化。Mauricio Luna Rodríguez：可视化，形式分析，概念化。Martín Alejandro

未引用参考文献
Altieri and Nicholls, 2012; Brioschi Júnior et al., 2020; Cabezas et al., 2024; Callahan et al., 2016; García González et al., 2017; Haile and Kang, 2019; Nasa power, 2026; Nerva et al., 2022; Patel et al., 2015; R Core Team, 2021; SMN- CONAGUA,; Specialty Coffee Association, 2008; SCAA, 2023.

数据可用性
作者声明本研究的数据可通过电子邮件向通讯作者提交书面请求获得。此外，测序数据已存储并在 NCBI 数据库中公开，生物项目编号为 PRJNA1505010 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/?term=1505010)，无需授权即可访问。

利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这可能影响本文报告的工作。

致谢
作者感谢 Colegio de Postgraduados 和墨西哥科学、人文、技术与创新秘书处（SECIHTI）在 conducting 本研究方面的机构和资金支持。特别感谢咖啡生产者 Alma Moreno 和 Rafael Beristain，以及 Exploradores de Café 团队，感谢他们在实验程序、烘焙和杯测分析期间的宝贵合作和技术协助。作者也感谢

Etztli Itzel Morales Reyes|Martín Alejandro Bola?os González|Tomás Gomes Reis Veloso|José Maria Rodrigues da Luz|Mauricio Luna Rodríguez|Paloma Evoli Candiani|Marliane de Cassia Soares da Silva