《Food Chemistry: X》:Associations between microbial community succession and volatile flavor dynamics during traditional Huizhou Mao-tofu fermentation
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研究人员利用高通量16S rRNA基因和ITS扩增子测序结合顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术,系统研究了传统徽州毛豆腐发酵过程中微生物群落演替与挥发性风味动态的关联。结果表明,细菌和真菌群落呈现阶段依赖性演替;在豆腐发酵前的
研究人员利用高通量16S rRNA基因和ITS扩增子测序结合顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术,系统研究了传统徽州毛豆腐发酵过程中微生物群落演替与挥发性风味动态的关联。结果表明,细菌和真菌群落呈现阶段依赖性演替;在豆腐发酵前的酸浆水(Suanjiangshui)中,乳酸菌(Lactobacillus)和毕赤酵母(Pichia)占据优势;相对气味活度值(ROAV)谱从β-大马酮(damascenone)向1-辛烯-3-酮(1-octen-3-one)和2,4-癸二烯醛(2,4-decadienal)转变;肠球菌(Enterococcus)和Cutaneotrichosporon在发酵后期富集;多组学整合分析进一步揭示了微生物与挥发性风味之间具有探索性的共变关系。
传统徽州毛豆腐是中国徽州地区的传统发酵豆制品,其表面致密的白色菌丝层赋予独特外观,发酵过程中微生物代谢可提升营养消化率并形成鲜味和成熟香气。然而,以往研究主要集中于功能菌株分离和理化指标描述,缺乏对细菌与真菌群落演替同挥发性风味化合物动态变化之间关联的系统整合分析。为此,研究人员以安徽省黄山市休宁县陈老太太毛豆腐作坊的传统生产系统为样本来源,采集酸浆水(Suanjiangshui,SW)和经毛霉(Mucor rouxianus)孢子悬液接种后发酵1、2、3、4天的毛豆腐样品(M01、M02、M03、M04),每个阶段覆盖5个独立生产批次,旨在建立微生物-风味的生态学框架。研究结果表明,细菌和真菌群落在发酵过程中均呈现清晰的阶段性演替,挥发性风味谱同步重塑。研究人员利用高通量16S rRNA基因V3-V4区和ITS1区扩增子测序解析群落组成,通过HS-SPME-GC-MS测定挥发性代谢物,基于ROAV筛选关键香气化合物,并采用O2PLS、多因子分析(MFA)和Spearman相关对相邻阶段的变化速率进行多组学关联分析。
主要技术方法包括:样本来自传统毛豆腐作坊;DNA提取后经PCR扩增和Illumina NextSeq 2000测序获得细菌和真菌ASV;挥发性化合物采用HS-SPME-GC-MS结合NIST库和保留指数鉴定;ROAV计算用于评估香气贡献;多组学分析以变化速率(ΔM/Δt与ΔV/Δt)为输入,通过O2PLS、MFA和Spearman相关揭示共变模式。
结果:
3.1 发酵过程中微生物群落的时间演替:Beta多样性分析显示,细菌群落各阶段显著分离(ANOSIM R=0.9837,p=0.001),SW以Lactobacillus(91.37%)和Limosilactobacillus(8.10%)为主,M01仍以Lactobacillus为主(82.47%),M02时Lactobacillus降至39.56%而Acinetobacter升至30.22%,后期群落多样化。真菌群落也显著分离(R=0.7474,p=0.001),SW以Pichia(77.81%)、Trichosporon(11.15%)和Exophiala(5.47%)为主,转入豆腐后Pichia快速下降,Trichosporon自M01起成为优势属。扩增子数据中Mucor相对丰度较低,但qPCR绝对定量证实其在表面存在。
3.2 不同发酵阶段鉴定的生物标志物:LEfSe分析(LDA阈值3.0)获得25个细菌和45个真菌标志类群。细菌标志物包括SW的Lactobacillus amylolyticus、M01的Comamonas aquatica、M03的Rothia kristinae和Corynebacterium flavescens、M04的Pseudoclavibacter sp.;真菌标志物包括SW的Pichia kudriavzevii、M01的Exophiala dermatitidis、M02的Diutina rugosa和Dipodascaceae sp.、M03的Trichosporon asteroides和Clavispora lusitaniae、M04的Trichosporon coremiiforme和Cutaneotrichosporon谱系。
3.3 挥发性风味谱的动态演变:
3.3.1 代谢物的多变量统计分析:PLS-DA模型显示各阶段代谢空间沿第一主成分呈方向性分离,置换检验Q2截距为-0.6837,模型稳健。
3.3.2 挥发性代谢物类别的演替:鉴定出16类挥发性化合物。SW以醇类(37.94%)、酸类(14.99%)为主;M01中有机杂环化合物从5.62%升至22.25%,酯类从5.63%升至14.11%;M