《Foods》：Metabolite-Pool Networks and Biological–Non-Enzymatic Synergy in Volatile Flavor Formation by Lactic Acid Bacteria in Fermented Foods: A Review
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挥发性风味化合物(VFCs)是发酵食品感官质量的主要决定因素。在含乳酸菌(LAB)体系中，其形成反映了前体代谢、菌株特异性代谢能力、环境与群落调控以及非酶化学作用。研究人员建立了一个整合性“前体-池-通量”框架，用于解析LAB相关的VFC形成。碳水化合物/柠檬
挥发性风味化合物(VFCs)是发酵食品感官质量的主要决定因素。在含乳酸菌(LAB)体系中，其形成反映了前体代谢、菌株特异性代谢能力、环境与群落调控以及非酶化学作用。研究人员建立了一个整合性“前体-池-通量”框架，用于解析LAB相关的VFC形成。碳水化合物/柠檬酸、蛋白质/氨基酸及脂质相关途径提供了主要前体输入，这些输入在分别以α-酮酸、乙酰辅酶A相关代谢物及C4–C5三羧酸循环中间体为中心的三个功能性代谢物池中不同程度地交汇。这些池被视为操作性汇聚与再分配节点，而非新的生化分类。遗传能力、胞内调控、培养条件及种间相互作用可改变前体供应与通量分配，从而改变定量VFC输出。在加工改变前体可及性、发酵衍生底物发生后续化学转化或生物与化学反应同时进行的情况下，研究人员考虑了生物-非酶耦合作用。全面的挥发性物质谱分析可界定所产生的化学表型，而分子感官科学与风味组学可识别具有香气活性的终点。该框架为解读LAB相关VFC形成以及指导菌株和工艺选择以实现靶向风味调控提供了机制基础。
1. Introduction
乳酸菌(LAB)是发酵食品中重要的发酵剂和辅助微生物，其代谢可直接或间接贡献醛类、酮类、醇类、有机酸、酯类及含硫挥发性风味化合物(VFCs)。VFC浓度并不能直接代表其感官重要性，因为气味阈值、相分配和混合物相互作用均影响感知贡献。已有综述分别涉及LAB生化途径、微生物演替、脂质代谢、微生物互作、支链氨基酸来源的香气等，但对代谢途径、菌株差异、环境控制、微生物群落和加工化学之间的整合仍不完整。本综述提出一个前体–池–通量框架，将碳水化合物/柠檬酸、氨基酸和脂质代谢通过三个功能性代谢物池联系起来，并考虑生物–非酶耦合，为靶向香气调控提供机制基础。
2. Biological Formation of Flavor Precursors and VFCs
生物性VFC形成包括前体生成、通过共享代谢物池的汇聚与再分配以及前体供应和分支通量的调控。碳水化合物/柠檬酸代谢、蛋白质/氨基酸代谢和脂质相关反应供应主要前体，这些输入在α-酮酸池、乙酰辅酶A相关代谢物池和C4–C5三羧酸循环中间体池中汇聚，并受遗传、胞内、培养和群落水平因素调控。
2.1. Carbohydrate Metabolism
碳水化合物代谢是进入共享代谢物池的碳骨架主要来源。葡萄糖经Embden–Meyerhof–Parnas(EMP)途径转化为丙酮酸，在强发酵和限氧条件下通常还原为乳酸以再生NAD
+。在允许替代通量的菌株和条件下，丙酮酸可导向乙酰辅酶A相关代谢，或经α-乙酰乳酸合酶(ALS)缩合为α-乙酰乳酸，进而生成双乙酰和乙偶姻相关产物。柠檬酸阳性菌株可通过柠檬酸裂解酶将柠檬酸裂解为草酰乙酸和乙酸，草酰乙酸可脱羧为丙酮酸，从而影响α-乙酰乳酸供应和双乙酰/乙偶姻平衡。双乙酰、乙偶姻、乙醛和2,3-戊二酮是该分支的代表性可测量产物。
2.2. Protein and Amino-Acid Metabolism
蛋白质和氨基酸代谢是含氮风味前体的主要来源，也是α-酮酸池的重要贡献者。胞外蛋白经微生物或食品内源蛋白酶和肽酶水解为肽和游离氨基酸。支链和芳香族氨基酸的分解常始于转氨作用，其中α-酮戊二酸作为氨基受体生成谷氨酸和相应α-酮酸；这些α-酮酸可进一步脱羧或转化生成气味活性的醛、醇和酸。α-酮戊二酸的供应将C4–C5三羧酸循环中间体模块与氨基酸来源的香气形成联系起来。氨基酸脱羧可生成γ-氨基丁酸(GABA)或有害生物胺。含硫氨基酸提供甲硫醇、硫化氢和下游硫挥发物的前体。3-甲基丁醛和3-甲基丁酸是亮氨酸/支链氨基酸经α-酮酸中间体通路的代表性下游产物。
2.3. Lipid-Related Metabolism
脂质相关反应在发酵肉、奶酪等富含脂质的基质中重要，但需谨慎归因。食品脂质经微生物或内源脂肪酶/酯酶水解为游离脂肪酸(FFAs)，随后可发生酶促氧化、自氧化或不完全β-氧化，生成醛、酮、醇和酸。在发酵肉和奶酪中，葡萄球菌、微球菌、酵母和霉菌通常比许多LAB菌株具有更强的脂解或氧化作用。因此，脂质来源的途径被视为基质和群落依赖性输入，而非普遍存在的LAB途径。仅有LAB与FFA、醛或甲基酮增加共存并不足以证明直接归属；需有定义明确的LAB脂肪酶或酯酶活性证据。
2.4. Three Functional Metabolite Pools as Convergence and Flux-Redistribution Nodes
碳水化合物/柠檬酸、蛋白质/氨基酸和脂质代谢提供来源特异性前体输入，这些输入在有限的中间体处反复汇聚，然后再分配到竞争性分支。三个功能性代谢物池作为网络层面的整合节点，具有三个实用特性：一是作为多个前体路径共有的重复性连接点；二是含有受菌株酶能力、氧化还原/辅因子平衡、底物可用性、培养条件和微生物交叉饲喂影响的分支点；三是可追溯到可测量的代表性香气输出。该组织方式作为整合工具，而非新的生化和类。
2.4.1. C4–C5 TCA-Intermediate Pool and the Functionally Limited TCA Module
许多LAB是耐氧厌氧菌或兼性厌氧菌，其氧化性三羧酸循环常不完整或功能受限，但可通过柠檬酸代谢、回补反应、氨基酸代谢或其他部分TCA相关途径生成草酰乙酸和α-酮戊
