综述：酵母与乳酸菌之间的多维协同作用：机制、品质形成及精准发酵策略

《Food Research International》：Multidimensional synergy between yeast and lactic acid bacteria: mechanisms, quality formation, and precision fermentation strategies

发酵食品的功能特性源于微生物间的动态相互作用而非单一菌株活动。传统研究聚焦单一菌株代谢，而现代研究强调酵母-乳酸菌（LAB）间的营养互作、代谢物交换及群体感应调控的协同机制，以及生物膜形成和环境重塑等集体适应策略。多组学技术与合成微生物生态学为解析交互网络提供新工具，推动从单菌优化向生态调控的范式转变。

　　

王阿荣|邱晨虹宇|唐杰

四川西华大学食品与生物工程学院，中国成都610039

摘要

发酵食品的复杂功能特性源于微生物之间的动态相互作用，而不仅仅是单个微生物的活动。传统研究主要集中在单菌株培养和代谢功能上，而当代研究越来越强调不同物种之间的相互作用在塑造发酵生态系统中的关键作用。本文综述了酵母-乳酸菌（LAB）之间的多方面相互作用，重点关注三个关键方面：（1）营养相互作用和交叉喂养机制；（2）通过代谢物交换和群体感应进行的分子通信；（3）包括生物膜形成和环境重塑在内的集体适应策略。协同作用促进了代谢互补性，从而提高了底物利用效率和生物合成能力，超越了单菌株培养的局限。竞争性相互作用维持了微生物群落内的生态平衡，同时抑制了不需要的微生物。群体感应机制使整个群体中的基因表达同步，协调代谢途径并优化集体行为。生物膜的形成创造了结构化的微环境，增强了微生物的适应性和代谢专化性。先进的方法论，特别是多组学技术和合成微生物生态学方法，已成为解开这些复杂相互作用网络的不可或缺的工具。将基因组规模的代谢建模与实验验证相结合，为理解微生物相互作用的分子机制提供了前所未有的见解。这种系统层面的理解使得合成微生物群落和精确发酵过程的设计成为可能，突显了从单一物种优化向生态管理策略转变的必要性。未来的研究应通过标准化评估系统和动态调控策略，将实验室发现转化为工业应用。

引言

发酵食品作为人类烹饪遗产中的珍宝，已经超越了最初的食品保存功能，成为全球美食文化中不可或缺的元素，因其独特的风味和健康益处而受到赞誉。这些食品的独特感官特性和功能特性——从面包的芳香丰富到酸奶的酸爽清新，再到陈年奶酪和发酵饮料的复杂风味——不仅仅是化学过程的结果，而是由动态而复杂的微生物生态系统驱动的（Chong, Lau, Chin, Talib, & Basha, 2023; G?nzle & Zheng, 2019; Melkonian et al., 2023）。在这些复杂的发酵系统中，风味化合物的形成、转化和积累并不依赖于任何单一微生物的活动，而是主要由微生物群落内的复杂生态相互作用所控制。这些相互作用——包括代谢物交换、群体感应和生物膜形成等机制——协调了生化转化过程。通过这种协同作用，它们共同决定了发酵产品的整体质量属性，包括其风味、质地、营养价值和健康促进特性（Guo et al., 2025）。

在所有参与发酵的微生物中，酵母-乳酸菌（LAB）是一对至关重要的功能组合，常被视为驱动发酵生化过程的“动态 Duo”。在发酵食品系统中，LAB 主要通过多种代谢途径（如糖酵解、脂解和蛋白水解）来塑造最终产品的风味、质地和营养价值（Bintsis, 2018）。作为核心发酵剂，LAB 的功能不仅在于其产生乳酸的能力，还在于其合成一系列对食品质量至关重要的有益代谢物的能力。具体来说，LAB 通过同型或异型发酵代谢产生乳酸和其他有机酸，迅速降低底物的 pH 值（Amenu & Bacha, 2025）。这种酸化不仅赋予了产品独特的酸味，还有效抑制了病原体和腐败微生物的生长（Amenu & Bacha, 2025; Auchtung, Hallen-Adams, & Hutkins, 2025），从而显著提高了产品的生物安全性和货架稳定性。另一方面，酵母也提供了同样重要的功能：它们产生二氧化碳，使食品基质膨胀并变得多孔；它们产生酒精，为发酵产品增添了特有的成熟风味；它们合成多种风味化合物，如酯类和高级醇类，共同构建了复杂而均衡的香气（Chen, Li, Chen, & Li, 2023; Clark et al., 2024; Zhang, Chen, Chen, & Chen, 2018）。这两种微生物紧密协作，存在于各种传统发酵食品中——从乳制品（如酸奶、开菲尔和奶酪）到谷物基食品，以及发酵蔬菜，甚至包括发酵香肠（图 1）（Centeno, Lorenzo, & Carballo, 2022; Liu, Yang, et al., 2023; López-García et al., 2023; Lynch, Wilkinson, Daenen, & Arendt, 2021; Mehaya, El-Shazly, El-Dein, & Farid, 2023）。作为微生物群落的核心，它们为这些多样化发酵食品的独特品质奠定了基础（见图 2）。

然而，传统发酵科学的研究主要集中在单一菌株的纯培养及其代谢功能上，这在一定程度上简化并脱离了发酵生态系统的真实性。近年来，随着组学技术、高分辨率代谢物分析和合成微生物生态学等前沿方法的快速发展，研究视角正在发生深刻转变。越来越多的证据表明，发酵过程的最终结果和产品质量并不仅仅由酵母或 LAB 的独立活动决定，而是受到它们之间复杂而动态的相互作用的主导（Plessas et al., 2017; Xu et al., 2022）。这些相互作用形成了一个精确的生态系统，涵盖了从基本营养相互作用到正向信号分子对话，甚至共同塑造微环境（Guo et al., 2025）。这些相互作用的复杂性远远超出了我们之前的理解。深入阐明这些相互作用的分子机制已成为精确调控发酵过程和实现目标产品创新的科学前沿。

小节片段

酵母-乳酸菌之间的多样相互作用模式：从共生到竞争

在复杂的发酵食品生产领域——既包括自然生态系统也包括人工构建的合成微生物群落——微生物之间的相互作用构成了决定发酵动态、代谢结果和最终产品质量的基本驱动力。这种复杂的微生物相互作用系统可以比作一场精心编排的交响乐，其中多种微生物共同塑造了产品的结构和功能特性

发酵食品的质量形成和调控策略

酵母-乳酸菌之间的相互作用绝不是简单的合作或竞争关系，而是一个动态平衡和多层次调控的生态网络。竞争机制通过相互抑制代谢产物来维持种群结构的稳定性，防止任何单一物种过度繁殖从而导致系统失衡；而合作机制则显著提高了系统的代谢效率和功能输出

多组学技术

酵母-乳酸菌作为传统发酵食品中的常见微生物，它们之间的相互作用机制一直是研究热点。近年来，随着基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等组学技术的快速发展，研究人员能够系统地分析微生物在生长和代谢过程中的动态变化，从而更全面地揭示它们的相互作用机制（图 3）。然而，每种

挑战与未来前景

尽管近年来在酵母-乳酸菌相互作用领域取得了显著进展，但这一领域仍面临许多科学挑战，这些挑战同时也指明了未来的研究方向。首先，当前的研究大多仍处于描述性关联的阶段，因果机制的阐明仍然不足。例如，虽然转录组学数据可以揭示共培养条件下的基因表达变化，但它往往

结论

近年来，我们对酵母-乳酸菌之间相互作用的理解发生了深刻转变——从简单到复杂，从表面到机制性，从静态到动态。研究视角已经超越了最初的营养相互作用，涵盖了涉及群体感应、环境重塑、代谢分工和空间组织的互动系统。这种深入的见解揭示了微生物相互作用的复杂性和精密性

CRediT 作者贡献声明

王阿荣：撰写——原始草稿，可视化，概念化。邱晨虹宇：撰写——原始草稿，可视化，概念化。唐杰：撰写——审稿与编辑，可视化，概念化。

未引用的参考文献

Liang et al., 2025

Liu et al., 2024

Zhang et al., 2025

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。