酒曲发酵麸皮过程中与不同纤维转化效率相关的微生物群落模式

《Food Bioscience》：Microbial community patterns associated with different fiber conversion efficiencies during wheat bran fermentation by Jiuqu starters

　　

摘要

利用大曲进行固态发酵是一种改良小麦麸皮纤维的有前景的方法，但纤维转化、面团功能性和微生物群落之间的关系仍然不明确。本研究对17种大曲的膳食纤维组成和全麦面团流变性进行了评估。选取6种可溶性膳食纤维（SDF）变化和非水溶性膳食纤维（IDF）-组分转化模式具有差异的代表性大曲，进一步分析了纤维结构、微生物组成、预测功能潜力、理化性质关联以及细菌-真菌共现模式。12种大曲使SDF含量增加1.06-5.69 g/100 g DM，且SDF含量与1 Hz下的面团G′和G″呈正相关（P < 0.001）。结构分析表明，大曲依赖性破坏麸皮微观结构，但不改变纤维素I晶型，而SDF中10³-10⁴ Da组分占主导（61.55%-67.93%）。纤维转化结果与反复出现的微生物特征和属水平共现模式相关，而微生物α多样性本身无法解释观察到的表型差异。在代表性大曲中，SDF积累高的大曲表现出比SDF增量为负的大曲更高的网络连通性。SDF积累中等的大曲表现出异质性微生物组成和网络组织，而非均匀中间模式。这些发现将不同的纤维转化表型与结构修饰、面团流变性和群落水平微生物组织联系起来，为鉴定具有靶向纤维修饰潜力的大曲提供了依据。

引言

全谷物食品定义为含有超过50%全谷物成分且保持完整解剖比例的食品，与心血管疾病和结肠癌等慢性疾病风险降低相关（Maghoul等，2023）。这些益处主要归因于麸皮部分，其含有30%-50%的膳食纤维（DF）（Zhang等，2018）。根据溶解性，麸皮DF被分为非水溶性膳食纤维（IDF）和水溶性膳食纤维（SDF），其中IDF为主要组分。麸皮IDF主要由纤维素和水不溶性阿拉伯木聚糖（WUAX）组成，可破坏面筋基质并竞争水分，从而损害面筋发育（Hemdane等，2016）。然而，已有报道指出IDF解聚为SDF可改善面团粘弹性、强化面筋结构并提升最终产品质地（Pieti?inen等，2022）。

固态发酵因其高效、成本低和易操作性已被用于提高IDF转化效率并改善全谷物食品的质地特性。虽然单菌株发酵剂常用于麸皮发酵，但多菌株发酵剂也因其广泛的酶谱和互补的碳水化合物转化能力而得到应用（Benoit-Gelber等，2017）。例如，Su等（2022）利用Bacillus subtilis、Saccharomyces cerevisiae和Lactiplantibacillus plantarum的组合以及麸皮内源微生物群对脱脂米糠进行发酵，实现粗纤维降低3%并提高了抗氧化活性。此外，大曲是一种传统的谷物发酵发酵剂，其富含复杂的细菌和真菌群落，具有通过多种酶活性和微生物生态关系转化DF组分的潜力（Lin等，2025）。我们先前的研究已证实利用大曲发酵剂改良小麦麸皮（WBr）纤维并提升全麦面包质量的可行性（Peng等，2026）。然而，大曲发酵剂的微生物群落受地理来源和发酵实践影响而具有多样性，其与WBr纤维转化的关系尚不充分理解。以往研究通常分别考察谷物纤维修饰、面团或最终产品质量以及传统发酵发酵剂的微生物组成。相比之下，鲜有研究同时将WBr纤维组成和结构变化与面团加工性能和大曲发酵系统中的微生物群落模式联系起来。因此，尚不清楚产生相似纤维转化结果的发酵剂是否在分类组成差异的情况下共享反复出现的微生物群落或属水平共现特征，以及不同的纤维转化结果是否始终与纤维结构和面团流变行为的改变相关。回答这些问题可能既为大曲发酵剂功能性变异的生态学理解提供见解，也为WBr发酵中发酵剂的筛选提供实用指标。

因此，本研究旨在解决大曲介导的WBr发酵的基础和实践两方面问题。基础目标是确定不同的纤维转化结果是否与DF转化、微生物群落组成和属水平共现网络中反复出现的模式相关。实践目标是评估大曲介导的纤维修饰与全麦面团流变性能之间的关系。首先比较了17种不同来源的大曲对DF组成和面团流变性的影响。随后选取涵盖不同纤维转化结果的代表性发酵剂，进一步表征其纤维结构和微生物群落组成。此外，还进行了预测微生物功能潜力、理化性质与群落结构关联、生态组装模式以及属水平细菌-真菌共现等额外分析。

章节摘要

材料

共收集了17种来自不同地区的中国商业大曲（表S1）。由上海益海嘉里有限公司提供的通过40目筛网过滤的麸皮粉。

固态发酵

取约50 g经高压灭菌（121°C，20 min）的麸皮，与10 g大曲和50 mL无菌水混合，在28°C下发酵24 h。基于加入的无菌水和混合物总质量，发酵系统的初始含水量为

不同大曲发酵样品的麸皮纤维组成

基于DF定量结果，所有样品的TDF和IDF含量分别降低了0.08-13.96 g/100 g DM和2.82-11.22 g/100 g DM，而相应的SDF含量表现出较大变异。例如，经24 h发酵后，共12种大曲样品的SDF含量显著增加（1.06-5.69 g/100 g DM），而其他样品则明显减少（0.23-2.74 g/100 g DM）。这种变异可能与程度的差异有关

结论

本研究表明，具有不同微生物组成的大曲发酵剂可产生相似的WBr纤维转化和面团流变结果。发酵性能与反复出现的微生物特征和属水平共现模式相关，而总体微生物丰富度本身无法解释观察到的表型差异。此外，M组表现出中间且异质性的理化响应，代表性M组大曲也

CRediT作者贡献声明

王静：撰写-审阅与编辑、项目管理、资金获取。李洪岩：撰写-审阅与编辑、指导、方法论。陆诗怡：撰写-审阅与编辑、资金获取、概念化。文洋杨：撰写-审阅与编辑、数据整理。严诗雨：调查研究、形式化分析。彭亚璇：撰写-原稿、方法论、概念化

利益冲突

无。

声明

我们声明，本手稿中描述的工作是原创的，此前未曾发表，除非期刊允许的适当先前传播情况，且目前未在别处接受审阅。

所有署名作者均对研究工作做出了适当贡献，已阅读并批准修订后手稿，并同意提交至Food Bioscience。

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撰写过程中生成式AI及AI辅助技术的声明

在本手稿的准备过程中，使用了AI语言模型ChatGPT来增强可读性和语言表达。作者随后对所有AI生成内容进行了审阅、编辑和润色。作者对本出版物中呈现的最终内容和解释承担全部责任。

竞争利益声明

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致谢

本研究受国家自然科学基金资助（资助编号32302136和32330081）。作者亦衷心感谢锦鲤慈善基金会提供的经费支持。

彭亚璇|严诗雨|文洋杨|陆诗怡|李洪岩|王静

北京工商大学，北京福成路11号，北京100048，中国（教育部老年营养与健康重点实验室）