FSHW | 贮藏期间异味米酸汤菌群结构和风味物质剖析

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Introduction

发酵酸汤是中国苗族和侗族特有的传统酸味食品，但由于大多采用传统发酵，微生物菌群波动不稳定导致米酸汤产生一些固有的异味而不被消费者喜爱。迄今为止，发酵米酸汤中难闻气味的成因机制知之甚少，也没有有效的手段来控制这些结果，导致更高的成本和更大的原料浪费。因此本研究采用高通量测序（HTS）和顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）技术结合对异味和正常米酸汤的微生物体系和挥发性风味成分进行检测。研究发现相对比正常米酸汤，异味米酸汤中Candida相对丰度显著增加，而Dkkera相对丰度显著降低。除此之外，检测到84种在异味米酸汤和正常米酸汤中对比具有差异的挥发性风味化合物，主要包括酯类、酸类和醇类化合物。其中一些物质仅存在部分异味米酸汤中如丁酸、1-己醇和庚酸，它们可能是异味产生的主要原因。这些结果将为微生物学方法去除或消减异味提供新的思路和策略。

Results and Discussion

结果表明，导致米酸汤产生异味的微生物可能存在于所有样品中，而导致挥发性风味的差异可能是由于微生物物种丰度存在差异。在属水平上，排列前十的真菌分别为Candida、Dekkera、Pichia、Rhizopus、Issatchenkia、Saccharomyces、Fusarium、Brettanomyces、Cyllamyces等。排列前十的细菌分别为Lactobacillus、Pectinatus、Bifidobacterium、Pseudomonas、Acetobacter、Chloroplast、Mitochondria、Caproiciproducens、Gluconacetobacter、Gardnerella。

如图1a采用主坐标分析（PCoA）反映米酸汤样品的微生物β-多样性。真菌的PCOA结果显示，正常样品NR和其他异味样品间具有显著的差异，SRa和SR90样品没有差异，它们之间可能存在一定的共性。细菌的PCOA结果显示，异味样品SRa、SR90与NR样品具有显著差异，而NR和SR40，SRb样品差异不显著，以上结果表明可能导致米酸汤产异味的细菌可能更多存在于SR90和SRa中。如图1c-e所示，在SRa，SRb和SR90三个异味样品中Candida的相对丰度显著大于正常样品。Candida具有耐酸性，可在pH值为2.6～6.0、水分活度为0.87～1.0、温度为0～22 °C的食物基质中生长，并且通常与变质的果汁和酸奶有关。因此，推测Candida产生的某些代谢产物可能是导致米酸汤异味产生的原因。除此之外，Dekkera的相对丰度显著在SRa，SRb和SR90三个异味样品显著大于正常样品，因此推测Dkkera可能对米酸汤的风味具有积极贡献作用。图1f-h所示Bifidobacterium、Acetobacter、Pectinatus三个细菌属分别在SRa，SRb和SR90样品中的相对丰度显著大于正常样品，它们可能是导致米酸汤产生异味物质的重要细菌。

图1不同米酸汤样品微生物群落主坐标分析

如图2对不同米酸汤样品种相对丰度TOP30微生物进行了Pearson相关性分析。结果发现，Candida和Lactococcus、Sporolactobacillus在米酸汤发酵中成正相关，成共生关系并促进其生长。Botryotrichum和Bifidobacterium、Acinetobacter、Prevotellaceae UCG-001呈正相关，和其他细菌呈负相关，或者不存在相关性。Lactobacillus和Candida、Lactococcus、Sporplactobacillus、Weissella等呈负相关。Lactobacillu被发现可以通过产生乳酸降低pH值和产生多种抗菌化合物来抑制食品中的腐败细菌和真菌。因此，推测，Lactobacillus产生的抗菌物质可抑制Candid和Lactococcus等微生物的生长。

图2正常米酸汤和异味米酸汤样品中真菌和细菌相关性分析

挥发性化合物为米酸汤的质量分析提供了有价值的信息。为研究米酸汤中重要的异味化合物，以VIP＞1，P＜0.05，FC＞2和FC＜0.5为条件筛选在异味米酸汤中和正常米酸汤对比具有差异的挥发性风味化合物。通过筛选一共得到84种差异化合物（图3），其中包括17种酯类物质，15种醇类物质，12种醛类物质，16种酸类物质和其他化合物等。丁酸，月桂酸，庚酸，2-甲基丁酸等化合物仅存在于异味样品中，而在正常样品中不含有。2-甲基丁酸在高浓度下会呈现辛辣刺鼻的干奶酪气味，在SR40和SRa样品中OAV＞1，可能是SR40和SRa两个样品产生异味的重要原因。庚酸会产生汗味和腐臭味。一些挥发性有机酸，如异戊酸在高浓度下表现出强烈的刺鼻俗气或汗味，在低浓度下表现出甜美的果香。异戊酸在正常样品中含量较低，且含量显著低于异味样品SRa，推测这可能也是导致异味米酸汤SRa异味的原因之一。除此之外，一些醇类和醛类物质如正已醇，异丙醇，正辛醇，正戊醇和糠醛，2,5-二甲基苯甲醛，2-甲基十一醛，十六醛等仅在于异味样品中，推测这些物质有可能共同促进了米酸汤异味的产生。

图3正常米酸汤和异味米酸汤挥发性风味化合物聚类热图

图4显示念珠菌和正戊酸，丁酸和十三醛呈显著正相关（P＜0.05），与其他物质相关性不显著或没有相关性。Fungi_gen_Incertae_sedis和庚醛呈显著正相关，和其他关键挥发性风味化合物相关性不显著。二甲基三硫与Fusarium和Saccharomyces呈显著正相关，对应的r值分别为0.91和0.95。二甲基三硫具有蒜味，硫磺味和卷心菜味。有研究表明Saccharomyce蛋氨酸回收途径基因参与二甲三硫前体化合物的生产，证实了Saccharomyces和二甲基三硫呈正相关。除此之外，Saccharomyces和正己醛，3-甲基-1-丁醇呈正相关，对应的r值为0.95，它们之间呈显著正相关。其他真菌和关键挥发性风味成分的相关性不显著。Chloroplast和Mitochondria与2,4-二叔丁基酚呈显著正相关，Lactobacillus和丁酸和正戊酸呈显著负相关，说明Lactobacillus对异味物质丁酸和正戊酸的产生没有积极作用。除此之外，Chloroplast和丁酸也呈负相关。Bifidobacterrum与2-甲基丁酸和3-甲基丁酸呈显著正相关。3-甲基丁酸是一种经典的汗臭剂，它给鱼制品、蘑菇和牛奶带来汗味。Pseudomonas和Caproicproducens，Pectinatus三个属和2-甲基丙酸丙酯之间呈显著正相关。

图4异味米酸汤挥发性风味成分（OAV值大于1）和微生物（相对丰度TOP10）的相关性分析

第一作者

李秀丽，贵州大学硕士，以第一作者身份发表SCI文章2篇，参与发表专利3项，获“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛国家金奖，省一等奖和省二等奖，中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛铜奖，硕士学业一等奖学金等多项荣誉。主要研究方向为食品微生物及食品风味。

通信作者

刘娜，微生物学博士，贵州大学酿酒与食品工程学院副教授/特岗教授/硕导，国家公派留学一年，主要研究方向为食品微生物。主持国家自然科学基金、国家建设高水平大学公派留学项目、贵州省科学技术协会青年科技人才托举工程项目等10项。发表文章30余篇，授权/受理专利7件。获中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖和逐梦小康奖、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖、贵州省“三下乡”优秀个人等30余项荣誉。担任《Journal of Future Foods》《Food & Medicine Homology》《Food Science and Animal Products》等期刊青年编委，《Food Science and Human Wellness》《Food Bioscience》等期刊审稿专家。担任贵州省黔东南州科技特派员、贵州省镇远县专家服务团项目专家，坚持做好科研创新服务社会，助推食品产业发展。

通信作者

缪松，教授，现为爱尔兰农业与食品发展部Teagasc国家食品研究中心终身高级研究员、爱尔兰国立科克大学（University College Cork，UCC）兼任教授，UCC和爱尔兰国立都柏林大学（UCD）博士生导师，长期从事食品材料及贮藏加工技术领域基础理论和应用研究，曾在爱尔兰国家生物技术中心从事博士后研究，在荷兰联合利华全球研发中心任研发经理及研发专员。缪松博士自任职Teagasc国家食品研究中心以来，长期与多所高校及科研院所、跨国企业保持密切合作关系，主持或参与多项国家和欧盟项目，发表SCI研究论文250余篇，担任Journal of Future Foods和Frontiers in Nutrition等期刊副主编，Food Science and Human Wellness、Food Science and Nutrition、Drying Technology、Applied Food Research和Foods等多种国际食品期刊编委；2021年以来入选全球前2％顶尖科学家榜单，2024年科睿唯安（Clarivate）高被引科学家，荣获2024年度“欧洲华人十大科技领军人才”称号；主要研究方向为：食品物性材料学，食品干燥与造粒，粉末技术，益生菌和活性分子包埋，食品结构及传递体系设计，食品加工与功能性，乳品技术以及植物基功能食品配料等。

The microbial community and flavour substances of off-flavoured rice sour soup during storage

Xiuli Lia, Na Liua,*, Likang Qina, Ting Zhub, Ruyue Xiaoa, Song Miaoc,*

a School of Liquor and Food Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China

b Majiang Mingyang Foods Co., Majiang 557600, China

c Teagasc Food Research Centre, Moorepark, Fermoy, Co., Cork P61 C996, Ireland

*Corresponding author.

Abstract

Fermented sour soup is a unique traditional sour food of the Miao and Dong ethnic groups in China. However, due to the commonly used traditional fermentation, the unstable fluctuation of microbial community often leads to some unpleasant inherent off-flavours in rice sour soup. In this study, the microbial composition and volatile flavour components of off-flavour and normal rice sour soup were examined by high-throughput sequencing and headspace solid-phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry. Then, based on Pearson correlation coefficients, the correlations between fungi and bacteria and those between core microorganisms and key volatile flavour components were investigated. The dominant fungal genera included Candida, Dekkera, Pichia, Rhizopus, and Issatchenkia, whereas the dominant bacterial genera included Lactobacillus, Pectinatus, Bifidobacterium, Pseudomonas, and Acetobacter. Compared to normal rice sour soup, off-flavoured rice sour soup contained the significantly increased relative abundance of Candida and the significantly decreased relative abundance of Dkkera. In addition, 80 volatile flavour compounds detected in off-flavoured rice sour soup, mainly including esters, acids, and alcohols, were different from those detected in normal rice sour soup. Especially, some substances were only detected in off-flavoured rice sour soup, such as 1-hexanol (68–207 μg/kg), butyric acid (20–92 μg/kg) and heptanoic acid (12–45 μg/kg), which might be the main source of off-flavours. These results provide new ideas and strategies of removing or abating odour from fermented rice sour soup.

Reference:

LI X L, LIU N, QIN L K, et al. The microbial community and flavour substances of off-flavoured rice sour soup during storage[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(8): 9250332. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250332.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片：摄图网

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