与本土的Levilactobacillus brevis和Lactiplantibacillus plantarum共同发酵可以调节代谢组及挥发性成分的分布，从而提升发酵切碎辣椒的品质和安全性

《Food Research International》：Co-fermentation with autochthonous Levilactobacillus brevis and Lactiplantibacillus plantarum modulates metabolome and volatile profiles to improve the quality and safety of fermented chopped chili

通过自生多菌株（Leoutdir lactobacillus JEB7、Lactiplantibacillus plantarum JEB2、Saccharomyces cerevisiae JEE2）协同发酵优化传统辣椒制品工艺，显著降低亚硝酸盐含量至1.0 mg/kg以下，提升酯类（乙酯、癸酯）等风味物质形成，代谢组学证实微生物互作驱动代谢重构，为标准化发酵技术提供理论依据。

　　

江文凯|杨倩|肖璐瑶|范霞|钟梦涵|马赫萨·加赫韦奇·蔡佩伊玛|马凯|张长亮|芮鑫|李伟

南京农业大学食品科学与技术学院，南京农业大学三亚研究院，江苏省南京市210095，中国

摘要

传统发酵食品是全球饮食遗产的重要组成部分，然而自然发酵往往会导致产品质量波动、不良化合物积累以及工艺标准化不足。以切碎的辣椒作为代表性的发酵蔬菜，本研究旨在基于本土多菌株发酵剂开发一种可控且标准化的发酵系统。分别评估了本土菌株Levilactobacillus brevis JEB7、Lactiplantibacillus plantarum JEB2和Saccharomyces cerevisiae JEE2，并研究了它们的组合效果。通过监测微生物活力、理化性质、质地和辣椒素类化合物的变化来观察发酵动态。进一步利用HS-SPME-GC–MS和非靶向代谢组学技术解析了风味形成机制，从而全面分析了挥发性化合物的生物合成过程。结果表明，L. brevis JEB7和L. plantarum JEB2的共培养具有显著的协同作用，能有效将最终亚硝酸盐浓度降至1.0 mg/kg以下，同时显著增强乙酸乙酯和癸酸乙酯等关键酯类的生成，这些酯类对产品的果香至关重要。代谢组学分析显示，共培养与未发酵对照组相比具有独特的代谢特征，表明微生物间的相互作用可能是形成独特风味的关键。这些发现突显了本土菌株作为发酵剂的技术潜力，并说明了多菌株协同发酵在提升传统发酵蔬菜的安全性、风味质量和功能性方面的可行性，符合对标准化和健康导向型发酵食品的新兴需求。

引言

辣椒（Capsicum annuum L.）起源于南美洲文明，如今是一种全球重要的商品，不仅因其独特的辛辣味而受到重视，还因其富含生物活性化合物（Aguilar Melendez等人，2009年）。这些植物化学物质，尤其是辣椒素类化合物，具有多种健康益处，包括抗氧化、抗菌和抗肥胖作用（Cervantes-Paz等人，2012年；van Avesaat等人，2016年）。然而，新鲜辣椒的季节性供应要求对其进行加工，以确保全年供应。发酵是一种历史悠久的技术，用于延长辣椒的保质期，并产生独特而复杂的风味。

在各种发酵辣椒产品中，切碎辣椒的发酵是中国西南地区传统的主食。传统上，其生产依赖于原材料上的天然微生物群进行的自然发酵（Chen, Xiong等人，2022年）。然而，这种不受控制的方法存在诸多问题，常常导致产品变质、质地变软和感官效果不可预测。相比之下，使用选定的发酵剂可以精确控制发酵过程，确保产品安全、一致性和优质。乳酸菌（LAB）因在塑造微生物群落、引导代谢途径（Cai等人，2020年）和生成发酵蔬菜中的关键风味化合物（Lee等人，2020年）方面的关键作用而受到广泛认可。最近的研究趋势从单菌株接种（如使用Pediococcus ethanolidurans M1117（Li等人，2023年）来保持质地或Lactiplantibacillus plantarum PC8来提高接受度（Li & Liu，2022年）转向更复杂的多菌株共发酵系统。研究表明，乳酸菌与特定酵母（如Saccharomyces cerevisiae）的共接种可以产生协同效应；例如，酵母可以合成促进乳酸菌生长和产酸的B族维生素，而乳酸菌的代谢产物又会影响酵母产生的酯类，从而形成更丰富、更平衡的香气（Helena Sances Rabelo等人，2024年）。此外，代谢组学分析开始揭示这些系统中的复杂调控网络，阐明微生物相互作用如何直接影响风味前体和最终挥发性化合物的生物合成（Li, Chen等人，2025年）。这种共培养策略基于代谢互补性：L. plantarum作为同型发酵菌株，因其快速产生乳酸而降低pH值并抑制腐败菌；而L. brevis作为异型发酵菌株，通过磷酸酮醇途径增强风味复杂性，生成乙醇和多种挥发性前体（Zhang, Shang等人，2023年）。尽管取得了这些进展，但在切碎辣椒发酵领域仍存在知识空白。首先，虽然某些乳酸菌的作用已明确，但像Levilactobacillus brevis这样的菌株作为主要发酵剂的具体贡献仍需进一步探索。其次，关于不同乳酸菌菌株与酵母在切碎辣椒中的协同或拮抗作用的研究较少。共接种如何精确调节理化性质和感官特性的机制尚不清楚。最关键的是，目前缺乏将多菌株发酵与非靶向代谢组学相结合的研究，以机制性地将微生物群落动态与最终产品的综合风味化学类型联系起来。

为解决这些研究空白，本研究系统评估了本土Lactiplantibacillus plantarum、Levilactobacillus brevis和Saccharomyces cerevisiae的发酵性能，既单独评估也进行组合研究。通过整合微生物学、理化分析和感官评估以及先进的挥发性和非靶向代谢组学技术，我们旨在阐明每种发酵剂组合对最终产品质量的具体贡献。假设共接种具有不同功能特性的本土乳酸菌菌株可以整合它们的代谢优势，从而提高产品质量。本研究不仅旨在确定适合工业应用的最佳发酵剂，还提供了风味化合物协同生物合成的机制性见解，为传统发酵辣椒产品的标准化和创新奠定科学基础。

部分摘录

微生物菌株的高通量测序分析、分离和筛选

使用E.Z.N.A.? Soil DNA Kit（Omega Bio-Tek，Norcross，GA，美国）从两个自然发酵的切碎辣椒样本（E和W）中提取总基因组DNA。经过片段化和双端文库构建后，扩增了细菌16S rRNA基因的V3-V4高变区和真菌内转录间隔区（ITS）。随后在Majorbio Bio-Pharm Technology公司的Illumina PE300/PE250平台上进行高通量测序。

筛选优良发酵菌株

通过高通量测序分析了发酵切碎辣椒的微生物群落组成。属水平的相对丰度分析显示Lactobacillus是主要的细菌属，而Debaryomyces是主要的真菌属（图1A和图1B）。随后从样本中分离出8株微生物菌株。如表1所示，同源性搜索确认这些分离株为Lactiplantibacillus plantarum

结论

本研究通过使用本土发酵剂，提供了一种提高传统发酵辣椒一致性、安全性和风味质量的机制性和应用导向框架。共接种Lactiplantibacillus plantarum JEB2和Levilactobacillus brevis JEB7表现出明显的协同效应，抑制了亚硝酸盐和其他不良代谢物的积累，增强了组织硬度，并促进了酯类和生物活性化合物的生物合成。

CRediT作者贡献声明

江文凯：撰写——初稿，方法学，概念构建。杨倩：方法学，概念构建。肖璐瑶：撰写——初稿。范霞：软件开发，数据管理。钟梦涵：验证，方法学。马赫萨·加赫韦奇·蔡佩伊玛：撰写——审稿与编辑。马凯：方法学，数据管理。张长亮：验证，方法学。芮鑫：监督。李伟：撰写——审稿与编辑，监督，概念构建。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：32572551；32372311）、海南省国际科技合作计划（编号：GHYF2023009）、三亚科技创新项目（编号：2022079）、江苏省重点研发计划（编号：BE2022325）、江苏省青兰计划和江苏省高等教育机构优先学术发展计划（PAPD）的资助。