《International Journal of Gastronomy and Food Science》：Study on Quality and Flavor Changes of
Bacillus subtilis Fermented Zao Chili Based on Metabolomics and GC-MS Analysis
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摘要糟辣椒是贵州省特有的传统发酵调味品，通常由新鲜红辣椒辅以姜、蒜、食盐和中国白酒进行自发发酵制成。为了克服质量不稳定和发酵周期长的问题，我们使用益生菌枯草芽孢杆菌进行控制接种发酵。与自然发酵（CK）相比，枯草芽孢杆菌发酵的糟辣椒（BF）表现出更强的产酸能力，更高的总黄酮含量
摘要
糟辣椒是贵州省特有的传统发酵调味品，通常由新鲜红辣椒辅以姜、蒜、食盐和中国白酒进行自发发酵制成。为了克服质量不稳定和发酵周期长的问题，我们使用益生菌枯草芽孢杆菌进行控制接种发酵。与自然发酵（CK）相比，枯草芽孢杆菌发酵的糟辣椒（BF）表现出更强的产酸能力，更高的总黄酮含量，以及更低的还原糖、色差和辣椒素（p<0.05）。BF 还保留了更多的总酚和抗坏血酸，体外抗氧化和降血糖活性显著改善（p<0.05）。代谢组学显示 BF 和 CK 之间存在 69 种差异代谢物；黄酮生物合成是主要的富集途径，而辣椒素生物合成受到抑制。挥发性分析在 BF 中检测到更多的化合物，酯类和萜类是主要类别。上调物质如棕榈酸乙酯和异松油烯赋予了果香和木质香调，而下调化合物如异戊醇和二烯丙基二硫化物减少了异味，共同优化了风味特征。电子舌头和电子鼻子分析进一步验证了枯草芽孢杆菌发酵提高了酸度和鲜味强度，抑制苦味，并丰富了芳香挥发物（特别是含硫化合物和芳香物质），从而全面改善了口感表现。总之，接种枯草芽孢杆菌有效地增强了糟辣椒的抗氧化和降血糖功能特性，并增强了其特色发酵辣椒风味。本研究为升级传统发酵蔬菜产品的风味和营养品质提供了一种新的基于益生菌的技术策略。
引言
糟辣椒作为贵州菜的特色发酵调味品，因其独特的酸鲜口感和丰富的营养成分而受到当地消费者的广泛青睐。传统自发发酵可以形成其独特风味，但存在明显缺陷，包括发酵期长和批次间质量波动。相比之下，人工接种发酵可以加快发酵效率，稳定产品质量，抑制腐败微生物的增殖（Dong 等，2022），缓解类胡萝卜素降解，保留总酚物质和抗氧化能力（Barrientos-López 等，2025），并定向调节理想风味代谢物的形成。目前，应用于发酵辣椒的主要菌株包括植物乳植杆菌、酿酒酵母和毕赤酵母（Lei, Su, Zhang, Wang, & Mu, 2025; Xiao 等，2023）。
枯草芽孢杆菌是一种形成芽孢的革兰氏阳性菌，被列为 GRAS 益生菌株，对食物基质成分具有强大的生物转化能力（Li & Wang, 2021）。它分泌多种胞外水解酶（淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶），分解大分子底物并驱动发酵过程中的代谢物转化（Loiseau 等，2015; Mitra, Dhar, & Sen, 2022）。先前的研究已验证其在发酵豆粕残渣（Zhan 等，2023）和豆类发酵食品中的应用价值。此外，枯草芽孢杆菌的发酵液可以通过抗菌活性和结构修饰延长新鲜面条的保质期并优化质地特性（Chen 等，2025）。近年来，枯草芽孢杆菌逐渐被引入水果和蔬菜发酵系统。接种菌株 Y4 降低了系统 pH 值和盐度，加速了亚硝酸盐降解，并在发酵后期积累了更多的酯类、萜类和甜味氨基酸以改善风味质量（Zou 等，2023）。它还增强了发酵芒果汁中的功能成分和香气丰富度（Cai 等，2022）。在辣椒发酵系统中，枯草芽孢杆菌处理降低了辣椒辣度，保留了生物活性物质，并增强了α-葡萄糖苷酶抑制活性（Li 等，2022）。然而，关于枯草芽孢杆菌辅助糟辣椒发酵的系统多组学和风味剖析研究仍然稀缺，且质量和风味形成的潜在调控机制尚未完全阐明。
鉴于上述研究空白，本研究系统地探索了枯草芽孢杆菌接种对糟辣椒理化指标、生物活性成分、抗氧化/降血糖活性、代谢组和挥发性风味特征的影响。整合了广泛靶向代谢组学、顶空固相微萃取 - 气相色谱 - 质谱法、电子感官检测（电子舌 + 电子鼻）和人工感官评价，以比较接种 BF 组与自发发酵 CK 组之间的代谢和风味差异。本研究专注于表征两种发酵模式之间的表型差异，而不是解析单一菌株的分子代谢机制。由于本实验未进行微生物活菌计数检测和 16S rRNA 高通量测序，我们无法区分接种的枯草芽孢杆菌的直接代谢效应与重塑本地微生物群落引起的间接调控。因此，所有观察到的风味改善都被解释为表型相关性，而不是确定的因果关系。未来的研究将结合微生物组测序和菌株追踪技术，以阐明枯草芽孢杆菌的定殖能力和风味贡献效应。目前的结果为发酵糟辣椒的品质提升提供了初步的实验支持，且所有研究结论应基于上述实验局限性进行谨慎解读。
章节片段
菌株活化
实验所用菌株为枯草芽孢杆菌 CICC DC-15，购自中国工业菌种保藏管理中心。菌株首先在 37°C 的 LB 液体培养基中活化 24 小时以获得一级种子液。随后，在梯度辣椒汁培养基（20%、50%、100% 辣椒汁，v/v）中进行三次连续转接进行驯化适应，增强菌株对辣椒发酵基质的耐受性。驯化后，通过以下方法收集菌体沉淀
发酵过程中的产酸、还原糖变化和颜色稳定性
所有样品的总可滴定酸在发酵过程中持续增加，并在发酵 15 天后达到动态平衡。如图 1A 和 1B 所示，接种枯草芽孢杆菌的 BF 组在所有采样时间点上比 CK 自然发酵组消耗了更多的还原糖，并表现出更强的产酸能力，在第 15 天和第 20 天之间观察到显著的组间差异（p < 0.05）。在第 25 天（发酵终点），总
结论
与自然自发发酵相比，使用 GRAS 益生菌枯草芽孢杆菌进行接种发酵显著促进了糟辣椒中总酚、总黄酮和抗坏血酸的积累，且这些生物活性物质的富集与体外抗氧化和降血糖生物活性的提高呈正相关。广泛靶向代谢组学结果表明，枯草芽孢杆菌处理显著上调了黄酮和黄酮醇的生物合成
CRediT 作者贡献声明
朱静仪：验证，软件。李思林：撰写 – 原稿，调查，形式分析，数据整理。潘琪：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，可视化，方法论，调查，形式分析，数据整理。丁竹红：撰写 – 审阅与编辑，验证，监督，项目管理，资金获取，概念化。杨莎莎：撰写 – 审阅与编辑。黄佳：撰写 – 审阅与编辑。王家琪：撰写 – 审阅与
致谢
贵州辣椒产业技术系统 [GZSLJCYTX-2022]
潘琪|李思林|朱静仪|王家琪|黄佳|杨莎莎|丁竹红
贵州大学 酒与食品工程学院，贵阳，550025，中国
