發(fā)酵卵形鯧鲹是亞洲國家，包括日本、韓國、泰國和中國的傳統(tǒng)發(fā)酵食品。發(fā)酵卵形鯧鲹在自發(fā)發(fā)酵過程中涉及一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)，形成獨(dú)特的風(fēng)味和提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。發(fā)酵卵形鯧鲹中的微生物可以發(fā)揮 "微生物工廠 "的作用，誘發(fā)一系列生化反應(yīng)，包括通過氨基酸的Strecker降解，氨基酸/胺和還原糖之間的Maillard反應(yīng)，以及脂質(zhì)降解/醇和酸之間的氧化酯化。與其他發(fā)酵魚產(chǎn)品類似，發(fā)酵卵形鯧鲹的風(fēng)味特征是由發(fā)酵系統(tǒng)中微生物的代謝活動(dòng)決定的。微生物群落與發(fā)酵基質(zhì)密切相關(guān)，呈現(xiàn)出微生物之間復(fù)雜的關(guān)系，包括偏害共生、寄生、共生關(guān)系、互利共生和競(jìng)爭(zhēng)。因此，微生物之間的相互作用對(duì)發(fā)酵魚產(chǎn)品的風(fēng)味特征形成至關(guān)重要。本研究基于單分子實(shí)時(shí)（SMRT）測(cè)序和分子網(wǎng)絡(luò)分析，研究了發(fā)酵卵形鯧鲹的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和微生物菌群的動(dòng)態(tài)變化。此外，該研究旨在闡明風(fēng)味形成機(jī)制以及所涉及的微生物菌屬和揮發(fā)性風(fēng)味物之間的相關(guān)性，從而實(shí)現(xiàn)改善發(fā)酵魚的自發(fā)發(fā)酵過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

微生物群落結(jié)構(gòu)

在發(fā)酵卵形鯧鲹樣品共鑒定初11個(gè)門和129個(gè)屬。在門水平上， Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes和 Actinobacteria是發(fā)酵卵形鯧鲹的優(yōu)勢(shì)微生物。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)irmicutes的相對(duì)豐度顯著增加，而其他菌門則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在屬水平上，Enhydrobacter, Acinetobacter和 Clostridium在發(fā)酵初期占主導(dǎo)地位。發(fā)酵6天時(shí)，Shewanella和Streptococcus的豐度顯著增加。Staphylococcus的相對(duì)豐度在12天時(shí)達(dá)到峰值。在發(fā)酵后期，Clostridium成為發(fā)酵卵形鯧鲹的優(yōu)勢(shì)菌屬。

圖1 （a）發(fā)酵過程中不同水平的微生物結(jié)構(gòu)變化；不同發(fā)酵時(shí)間點(diǎn)的發(fā)酵金鯧魚的細(xì)菌群落組成（b）門水平上（c）屬水平上

特征微生物菌屬

LefSe分析顯示，0天樣品中，在門水平的差異微生物是Proteobacteria和 Bacteroidetes；在屬水平上的差異微生物菌屬則是Acinetobacter, Enhydrobacter和Wolbachia。Shewanellaceae科中的Shewanella屬是6天樣品中的特征微生物菌屬，而在12天樣品中，Bacilli菌屬的相對(duì)豐度與其他組具有顯著差異。Clostridiaceae和 Vibrionaceae成為發(fā)酵后期（24天）的特征微生物菌屬。

圖2 (a)LefSe分析和(b)線性判別分析（LDA）得分分布直方圖

風(fēng)味成分鑒定及篩選特征風(fēng)味成分

從不同發(fā)酵時(shí)間點(diǎn)的卵形鯧鲹中共鑒定出49種揮發(fā)性有機(jī)物，其中醇類和酯類分別占3.85%和8.27%。丁酸甲酯、2-甲基丁酸丙酯、2-丁醇只在0天樣品中。發(fā)酵12天時(shí)，1-辛烯-3-醇的含量最高，可以賦予發(fā)酵卵形鯧鲹蘑菇香氣。此外，在發(fā)酵卵形鯧鲹中檢測(cè)到豐富的乙基酯，可以增添果香味和甜味，并有助于掩蓋脂肪的味道。以ROAV>1，篩選出13種對(duì)發(fā)酵卵形鯧鲹風(fēng)味有重要貢獻(xiàn)的特征風(fēng)味成分。這些化合物包含醇類、醛類、酸類、酯類、含硫化合物和含氮化合物。

圖3 （a）不同類型的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和（b）發(fā)酵卵形鯧鲹樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的熱圖

構(gòu)建微生物與特征風(fēng)味的網(wǎng)絡(luò)模型

對(duì)關(guān)鍵微生物和特征風(fēng)味成分進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)Acinetobacter對(duì)發(fā)酵卵形鯧鲹中的1-辛烯-3-醇、3甲基丁醛和丁酸乙酯等風(fēng)味物質(zhì)的形成具有重要貢獻(xiàn)。Staphylococcus可以抑制三甲胺和吲哚的生成，減少發(fā)酵過程中不良?xì)馕兜漠a(chǎn)生和提高發(fā)酵卵形鯧鲹的質(zhì)量。

圖4 （a）優(yōu)勢(shì)微生物菌屬和特征風(fēng)味物質(zhì)間的相關(guān)性分析；（b）微生物屬和特征風(fēng)味物質(zhì)的相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)

發(fā)酵卵形鯧鲹風(fēng)味形成機(jī)制分析

從KEGG分類的1、2、3級(jí)分類水平上，對(duì)不同發(fā)酵卵形鯧鲹樣品中的微生物群落的功能基因在代謝途徑上的差異和變化進(jìn)行分析。氨基酸和氨基糖的生物合成、核苷酸代謝和糖酵解/葡萄糖生成途徑等代謝途徑對(duì)其風(fēng)味形成具有重要作用。Chryseobacterium和Staphylococcus功能基因也主要富集在氨基酸代謝、碳水化合物代謝和脂質(zhì)代謝等途徑中。相關(guān)性分析結(jié)果也顯示，Staphylococcus和Chryseobacterium與碳水化合物代謝以及氨基酸代謝等代謝途徑呈現(xiàn)正相關(guān)；Clostridium與糖酵解/葡萄糖生成途徑和丙酮酸代謝等途徑呈現(xiàn)正相關(guān)。因此，發(fā)酵的金鯧魚中揮發(fā)性化合物的形成主要與Staphylococcus、Clostridium和Chryseobacterium通過糖酵解/葡萄糖生成途徑、丙酮酸代謝、氨基酸生物合成和代謝有關(guān)。最后，基于特征風(fēng)味成分和KEGG途徑對(duì)發(fā)酵卵形鯧鲹的風(fēng)味形成途徑進(jìn)行歸納總結(jié)。氨基酸通過以α-酮酸作為中間體，降解產(chǎn)生不同的醛類物質(zhì)。多不飽和脂肪酸在脂肪氧合酶的作用下生成醇類。Staphylococcus通過碳水化合物代謝途徑產(chǎn)生乙酸等物質(zhì)，對(duì)發(fā)酵卵形鯧鲹的風(fēng)味形成有重要作用。

圖5 樣品中微生物KEGG通路富集：（a）第1水平，（b）第2水平，（c）第3水平；（d）優(yōu)勢(shì)微生物屬的功能基因預(yù)測(cè)；（e）優(yōu)勢(shì)微生物菌屬和KEGG途徑間相關(guān)性熱圖

王悅齊，博士，副研究員，1990年8月生。主要從事海洋食品加工與產(chǎn)物資源利用、食品風(fēng)味化學(xué)、食品功能因子穩(wěn)態(tài)化研究。入選廣州科協(xié)青年人才托舉工程，現(xiàn)主持省部級(jí)以上科研項(xiàng)目6 項(xiàng)，包括國家自然科學(xué)基金1項(xiàng)、廣東省自然科學(xué)基金2 項(xiàng)（面上、粵穗聯(lián)合）、廣西自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目1項(xiàng)；作為核心成員參與“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等。以第一作者/通信作者發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文26篇，其中1區(qū)論文20篇，入選ESI高被引論文1 篇；主編出版學(xué)術(shù)專著1 部；以第一發(fā)明人申請(qǐng)國家發(fā)明專利6件，已獲授權(quán)4 件。相關(guān)研究成果先后獲廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新與促進(jìn)獎(jiǎng)和廣東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣獎(jiǎng)。現(xiàn)擔(dān)任Frontiers in Nutrition專刊客座副主編；擔(dān)任Food Chemistry、Food Research International等國際學(xué)術(shù)期刊審稿專家。

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