接种酿酒酵母 LXPSC1 的酸肉中的微生物与风味相关代谢变化：一项整合多组学研究

《Food Bioscience》：Microbial and Flavor-Related Metabolic Changes in Sour Meat Inoculated with Saccharomyces cerevisiae LXPSC1: An Integrated Multi-omics Study

　　摘要酸肉是一种传统的发酵猪肉产品，其风味相关特性受微生物演替和代谢转化的强烈影响。本研究整合了鸟枪法宏基因组学、广靶向代谢组学和脂质组学，比较了 28 天后自发发酵与接种酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）LXPSC1 的发酵。代谢组学检测到 238 种小分子代谢物，其中 70 种符合 VIP > 1 的筛选标准，8 种符合更严格的 VIP > 2 标准。大多数核心代谢物在 Sc 28 组中丰度较低，表明氨基酸和核苷酸相关代谢物库发生了变化。脂质组学检测到 535 种推测注释的脂质，其中 219 种符合 VIP > 1 的标准；Sc 28 组中二酰甘油占脂质总丰度的 28.02%。鸟枪法宏基因组学显示，Sc 28 组中卫矛乳杆菌（Lactobacillus sakei）和戊糖乳杆菌（Lactobacillus pentosus）的相对丰度较高，而嗜热脂肪噬菌菌（Brochothrix thermosphacta）的相对丰度较低。功能注释表明碳水化合物、氨基酸、核苷酸和脂质代谢潜力存在差异。综合分析进一步将丙酮酸代谢、支链氨基酸代谢、脂肪酸降解和乙酰辅酶 A 相关前体供应与 LXPSC1 接种联系起来。总体而言，LXPSC1 接种与微生物、代谢物和脂质的协调变化相关，为研究酸肉中的风味前体代谢提供了假设生成框架。引言微生物群内的结构变化及其随后的催化活性是发酵肉制品感官演化和芳香复杂性的主要驱动力（Meng 等，2024）。在整个发酵周期中，微生物和内源酶协同驱动肉基质中的关键代谢途径，包括碳水化合物代谢、蛋白质水解和脂质降解（Fan 等，2025）。该过程产生众多风味前体和特征风味化合物，如醇、酯、游离氨基酸和抗氧化肽。这些化合物被认为是发酵肉制品风味谱的关键决定因素（Wang 等，2022；Zhong 等，2021）。酸肉起源于中国西南少数民族地区，因其卓越的感官特性和较长的保质期而备受推崇（Zhong 等，2021）。然而，自然发酵过程常受不受控的环境条件和有害细菌繁殖的限制，这可能导致产品质量不一致。为了实现更可控的发酵和风味发展，各种功能性发酵剂，包括乳酸菌（LAB）、葡萄球菌和酵母，越来越多地被部署以引导肉类发酵的风味谱（Alfaia 等，2018；Laranjo 等，2019；Zhang 等，2024）。其中，酿酒酵母被广泛应用于食品发酵领域，包括酿酒、烘焙和乳制品发酵（Lahue 等，2020；C. F. Liu 等，2022；Y. Liu 等，2023；Qiu 等，2024），这得益于其高发酵能力、优良的环境适应性和可靠的生物安全特性（Liu 等，2018）。在我们团队之前的研究中，酿酒酵母 LXPSC1 从发酵鱼（酸鱼）中分离，随后评估了其作为酸肉发酵发酵剂的应用效果（Lv 等，2023）。结果表明，酿酒酵母 LXPSC1 显著提高了酸肉中游离氨基酸（FAAs）和挥发性有机化合物（VOCs）的水平，从而增强了其风味、质地和整体吸引力，支持其作为调节酸肉发酵的发酵剂的潜在用途。多组学方法越来越多地被用来表征发酵肉制品中的微生物和代谢变化。与主要表征分类组成的扩增子测序相比，鸟枪法宏基因组学提供了关于微生物群落功能基因库和代谢途径潜力的更直接信息。宏基因组分析也确定了缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解以及苯丙氨酸代谢是萨拉米香肠发酵过程中的重要过程（Woldemariam 等，2024）。当与代谢组学或脂质组学结合时，鸟枪法宏基因组学允许考察微生物功能潜力与风味相关代谢物或脂质降解产物之间的关联。最近的研究结合了微生物谱分析和高级风味分析技术来研究酸肉发酵。Zhao 等人（2023）利用气相色谱 - 离子迁移谱（GC-IMS）结合电子鼻和电子舌，表征了由猪肉和鹅肉生产的酸肉，证明原料肉来源影响发酵产品的挥发性感官谱。Wang 等（2022）整合了微生物和代谢组学分析，研究减盐对酸肉质量和风味的影响。Guo 等（2024）进一步表明，接种解脂耶罗酵母（Yarrowia lipolytica）与乳酸菌、游离氨基酸、乙酯和感官特性的变化相关。最近，Ma 等（2025）结合了 16S rRNA 测序、GC-IMS、GC-MS、电子鼻和电子舌，表征了猪肉酸肉发酵期间的细菌演替和挥发性风味发展。Yang 等（2025）也揭示了传统耿马酸肉发酵期间微生物群落与非挥发性代谢物之间的动态关系。然而，以往的研究主要集中在微生物演替、挥发性化合物、非挥发性代谢物或加工条件引起的变化上。此外，脂质组学分析在牛肉香气形成研究中发挥了重要作用，鉴定了影响香气生成的关键脂质分子（Zhou 等，2024），从而为研究酸肉风味形成的脂质代谢机制提供了方法学参考。然而，酸肉中与 LXPSC1 接种相关的微生物功能潜力、小分子代谢物和脂质谱之间的协调关系仍然表征不足。宏基因组学提供群落组成和微生物遗传库的信息，但不能确定编码功能是否反映在代谢物库中。广靶向代谢组学可以揭示极性代谢物的变化，包括氨基酸、有机酸和核苷酸相关化合物，而脂质组学捕捉磷脂、二酰甘油、神经酰胺和其他可能参与香气前体生成和保留的脂质类的变化。因此，本研究使用整合的多组学策略来表征与 LXPSC1 接种相关的微生物功能潜力和代谢物及脂质模式，并生成有关风味前体代谢的假设。本研究采用了一种整合宏基因组、代谢组和脂质组分析的整合多组学策略，比较了发酵 28 天后未接种对照组（CK 28）和酿酒酵母 LXPSC1 接种组（Sc 28）的酸肉样品。我们旨在识别与风味相关变化相关的关键代谢物、微生物群和功能基因，并表征酿酒酵母 LXPSC1 可能影响酸肉发酵的潜在代谢网络。这些发现为进一步研究酸肉发酵期间与发酵剂相关的代谢变化提供了基础。章节片段发酵剂制备本研究使用的酿酒酵母 LXPSC1 菌株最初从发酵鱼中分离，并保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，登录号为 CGMCC 号 21289。该菌株从大连工业大学菌种保藏中心获得（Lv 等，2023）。该菌株在补充了 15% (v/v) 甘油的 YPD 肉汤中于 -80 °C 保存。接种前，酿酒酵母 LXPSC1 在新鲜 YPD 肉汤中于 28 °C 和 150 rpm 下重新激活接种发酵对酸肉广靶向代谢组学的影响为了表征与发酵剂接种相关的小分子代谢物谱，将广靶向代谢组学应用于 CK 28 和 Sc 28 样品。该分析导致在酸肉基质中鉴定和注释了 238 种小分子代谢物（图 1A）。PCA 得分图显示了接种组（Sc 28）和对照组（CK 28）之间的分离以及组内接近（图 1B）。这种模式表明 LXPSC1 接种与结论本研究整合了鸟枪法宏基因组学、广靶向代谢组学和脂质组学，表征了发酵 28 天后与酸肉中酿酒酵母 LXPSC1 接种相关的微生物和代谢谱。代谢组学检测到 238 种小分子代谢物，包括 70 个 VIP > 1 的特征，而 VIP > 2 的八种核心代谢物中大多数在 Sc 28 组中丰度较低。脂质组学检测到 535 种推测注释的脂质，其中 219 种显示CRediT 作者贡献声明吕静：形式分析，数据整理。张献浩：可视化，资金获取。王世淼：写作 – 审查 & 编辑，写作 – 原稿撰写，调查，形式分析，数据整理，概念化。张思琪：方法论，调查。林新平：写作 – 审查 & 编辑，监督，资金获取。陈英旭：写作 – 审查 & 编辑，写作 – 原稿撰写。王一瑶：资源，方法论。施英：写作 – 审查 & 编辑，方法论未引用参考文献Hazelwood Lucie 等，2008；Hu 等，2020；Liu 等，2023；Liu 等，2022。竞争利益声明作者没有潜在的利益冲突需要披露。竞争利益声明作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能被认为影响了本论文中报告的工作。致谢这项工作得到了中国大连市杰出青年科学基金（2024RJ019）和兴辽人才计划 - 优秀青年人才（XLYC2403129）的支持。王世淼 | 张思琪 | 吕静 | 张献浩 | 王一瑶 | 施英 | 陈英旭 | 林新平大连工业大学食品科学与技术学院，海洋食品加工与安全控制重点实验室，水产品国家工程研究中心，省级协同创新中心（深加工），协同创新中心（水产深加工），辽宁大连，116034，中国