《Food Research International》：Deciphering the microbial regulation of volatile flavor compounds and biogenic amines in
Hongqu vinegar fermentation: An integrated metagenomic and metabolomic insight
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•首个整合代谢组学-宏基因组学方法，揭示微生物对红曲醋发酵中风味与安全生物标志物的调控作用。•在 Gutian 红曲醋（GT-HQV）与 Wuyi 红曲醋（WY-HQV）之间，观察到生物胺（BA）和挥发性风味化合物（VFC）谱存在显著差异。•GT-HQV 以较高含量的理想 V
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首个整合代谢组学-宏基因组学方法，揭示微生物对红曲醋发酵中风味与安全生物标志物的调控作用。
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在 Gutian 红曲醋（GT-HQV）与 Wuyi 红曲醋（WY-HQV）之间，观察到生物胺（BA）和挥发性风味化合物（VFC）谱存在显著差异。
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GT-HQV 以较高含量的理想 VFC 和乳酸为特征，赋予其更柔和、更均衡的感官风味。
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WY-HQV 积累了较高水平的有害生物胺，尤其是组胺和酪胺，凸显了在选择发酵 starter 时需关注的关键安全问题。
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功能基因注释表明，GT-HQV 与 WY-HQV 之间 BA 和 VFC 谱的差异可能与特定的功能微生物有关。
引言
红曲醋（HQV）被誉为中国四大名醋之一，与山西陈醋、保宁麸醋和镇江香醋齐名（Hu 等，2023）。它在感官上以其深琥珀色、甜酸和谐平衡、复杂醇厚而清爽的风味特征以及持久的余味而著称（Valera 等，2015）。除了烹饪价值外，越来越多的证据表明，食用 HQV 与潜在的生理益处相关，包括降血脂（Song 等，2020）、降血糖（Pyo 等，2022）和抗氧化作用（Bai 等，2024）。最终醋产品的质量特性从根本上由发酵过程中所用发酵 starter（称为红曲）中的复杂微生物群落所决定。这些群落作为一个功能生态系统，通常由丝状真菌（如曲霉属）、酵母菌（如酿酒酵母）和各种乳酸菌（LAB）所主导，它们协同调控最终产品的感官特性和安全特征（Liang 等，2023）。
Gutian 红曲和 Wuyi 红曲是 HQV 生产中两种常见的、地理来源不同的 starter 类型。先前的研究已记录这两种 starter 之间优势微生物群落存在的差异（Chen 等，2023；Liu 等，2018），这些差异被认为是导致所产醋——即 Gutian 红曲醋（GT-HQV）和 Wuyi 红曲醋（WY-HQV）——质量差异的主要驱动因素（Li 等，2022）。然而，关于 GT-HQV 和 WY-HQV 之间挥发性风味化合物（VFC）差异以及导致这些差异的微生物代谢通路的全面理解仍然有限。大多数现有研究集中在微生物多样性方面，而忽视了控制代谢物合成的功能基因潜力，特别是与 VFC 和生物胺（BA）形成相关的酶和代谢通路。
风味特征主要由其 VFC 组成决定，是谷物醋质量和消费者接受度的关键决定因素。醋发酵生态系统中的核心功能微生物类群，包括醋酸菌属、曲霉属、酵母属和 LAB，通过其特殊的代谢活动调控醋的感官特性（Huang 等，2022；Li 等，2015）。先进的多组学研究已绘制了传统 HQV 发酵过程中分类学演替以及挥发性/非挥发性风味动力学的图谱，但这些研究主要依赖统计模型将微生物的存在与代谢物联系起来，使得驱动风味形成和安全相关过程的功能基因和酶通路在很大程度上尚未被表征（Li 等，2022；Tong 等，2024）。将不同 starter 发酵的 HQV 中微生物群落与 VFC 谱进行关联的详细比较分析很少见，且区分 HQV 中 VFC 谱的功能基因组特征尚未被充分理解。此外，HQV 发酵过程中的微生物代谢可导致潜在有害化合物的形成，尤其是 BA。BA 主要通过微生物氨基酸脱羧酶催化前体氨基酸的酶促脱羧反应生成（Gao 等，2023）。虽然微量的 BA 对某些生理功能——如神经传导和血管功能——是必需的，但过量摄入膳食 BA 可引发不良生理反应，包括头痛、恶心、呕吐、高血压和腹痛，尤其在单胺氧化酶（MAO）或二胺氧化酶（DAO）活性受损的人群中尤为明显（Wójcik, ?ukaszewicz & Puppel, 2021；Del Rio 等，2024）。因此，在实现最佳风味发展的同时有效降低 BA 含量，是 HQV 行业面临的一项关键挑战。目前关于醋中 BA 的研究主要集中在果醋上（Nokhoijav 等，2023；Ordó?ez 等，2013；Pinu 等，2016），而关于谷物醋发酵过程中微生物动态与 BA 形成关系的系统研究，特别是使用不同 starter 生产的 HQV，仍然有限。
本研究旨在全面表征使用 Gutian 红曲和 Wuyi 红曲 starter 生产的 HQV 在发酵全过程中的 BA 谱动态变化、VFC 组成和微生物群落结构。此外，我们试图阐明控制 BA 积累和风味形成的关键微生物驱动因素和功能基因机制。为实现这些目标，在 HQV 发酵过程中系统监测了理化参数、BA 浓度和 VFC 谱。采用鸟枪法宏基因组测序对微生物群落的分类组成和功能潜力进行表征。利用多元统计分析和功能注释鉴定与 BA 生物合成和 VFC 代谢相关的功能基因决定因素所富集的特定微生物类群。本研究为 HQV 中风味质量和安全属性的微生物调控提供了基础科学见解，为通过定向选择 starter 培养物或微生物组工程实现质量提升和风险缓解提供了潜在策略。
章节摘要
样品采集与制备
两种传统发酵 starter——Gutian 红曲和 Wuyi 红曲 starter——均专门采购自中国福建省宁德市和南平市经认证的生产商。HQV 发酵按照传统方法在室内进行（如图所示 S1 补充图）。简要来说，糯米洗净后在室温下浸泡过夜（约 8–12 小时），水煮沸后蒸 45 分钟。冷却至室温
红曲醋发酵过程中的理化动态
通过使用 Gutian 红曲和 Wuyi 红曲 starter 生产的 HQV 发酵过程中，测定还原糖、乙醇、醋酸和乳酸的浓度来监测代谢进程和风味前体动态（图 1）。在 GT-HQV 和 WY-HQV 中，还原糖含量在初始酒精发酵（AF）阶段迅速增加。这一增加与丝状真菌分泌糖解酶（如α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶）的
结论
这项整合宏基因组学与代谢组学的研究揭示了 GT-HQV 和 WY-HQV 各自独特的微生物群落结构及其与风味和安全特征相关的基因潜力。GT-HQV 表现出增强的风味特征，以较高水平的乳酸和关键挥发性香气化合物为标志。这些理想的代谢属性与包括 L. rhamnosus（鼠李糖乳杆菌）、M. purpureus（紫色毛壳菌）和 S. cerevisiae（酿酒酵母）的微生物联合体相关，它们富含
CRediT 作者贡献声明
Shiyun Chen：初稿撰写、验证、方法学、调查。Rongkun Chen：初稿撰写、验证、方法学、调查。Shangong Tong：方法学、调查。Wangxin Liu：审阅与编辑、指导。Li Ni：审阅与编辑、指导、概念化。Xucong Lv：审阅与编辑、指导、项目管理、方法学、调查、资金获取。
未引用参考文献
Chai 等，2020
Chai 等，2020
Comas-Basté, Sánchez-Pérez, Veciana-Nogués, Latorre-Moratalla 和 Vidal-Carou，未出版
Del Rio 等，2017
Li, Aflakpui, Yu, Luo 和 Lin，2015
Linares 等，2016
?wider, Roszko 和 Wójcicki，2023
Wójcik, ?ukasiewicz 和 Puppel，2021
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究由福建省"雏鹰计划"青年优秀人才项目资助（项目编号：闽人社文〔2024〕130号）。宏基因组学和代谢组学分析在中国上海毕得生物科技公司的协助下完成。
Shiyun Chen|Rongkun Chen|Shangong Tong|Wangxin Liu|Li Ni|Xucong Lv
