利用紫色毛霉菌（Monascus purpureus）诱导米鱼（Miichthys miiuy）鱼糜进行水下发酵过程中风味变化及代谢物演变的代谢组学研究

《Food Chemistry》：Metabolomic investigation of flavor and metabolite evolutions in the submerged fermentation of miiuy croaker ( Miichthys miiuy) surimi induced by Monascus purpureus

The study systematically investigates the physicochemical changes and flavor evolution mechanisms of Monascus purpureus fermented surimi through metabolomics and GC–MS analysis. Pre-fermentation reduces pH and increases color with citrinin, while post-ripening elevates TVB-N and reduces citrinin. Esters accumulation (66.14% of total volatiles) and aldehyde reduction are key flavor determinants. A novel rapeseed oil-based post-ripening medium enhances enzymatic activity, offering optimized工艺 control strategies for fermented surimi.

　　

何文佳|王敏|周涛|傅素芳|陈康|丁玉婷|周旭霞

中国浙江省工业大学食品科学与技术学院，国家远洋水产品加工研发分中心（杭州）海洋渔业资源绿色、低碳与高效开发重点实验室，杭州310014，中华人民共和国

摘要

系统研究了紫色毛霉（Monascus purpureus）发酵鱼糜在不同阶段的理化性质、挥发性和非挥发性代谢物的变化。发酵前阶段，pH值下降，同时颜色值和柠檬苦素含量增加。总体而言，总挥发性碱性氮（TVB-N）水平逐渐升高，但在整个发酵过程中保持在可接受范围内。GC–MS和电子鼻（E-nose）分析结果显示，紫色毛霉的发酵通过积累酯类物质和减少醛类物质显著提升了鱼糜的风味。经过20天的后熟处理后，酯类物质含量达到17.57 μg/g，占总挥发性化合物的66.14%。发酵前阶段主要涉及酶促水解和初级代谢物的形成，而后熟阶段则以关键中间体和最终风味化合物的转化为主。这些结果为调控发酵鱼糜产品的风味形成提供了理论依据。

引言

鱼糜因其美味和营养价值而受到全球消费者的喜爱，包括高蛋白质含量、低脂水平和高营养价值（Cao等人，2024年）。与淡水鱼相比，低价值的海鱼由于其较高的肌纤维蛋白含量和凝胶形成能力而成为优质的资源。米鱼（Miichthys miiuy），属于鲈科（Sciaenidae）鱼类，是中国东南沿海重要的经济养殖物种（He等人，2019年）。米鱼富含蛋白质，其肌肉中的蛋白质含量高达20.2%，使其成为传统鱼糜生产中的常用原料之一（Bao等人，2025年；He等人，2019年）。发酵技术可用于在常温下保存水产品，从而最大限度地减少热不稳定和氧化不稳定化合物的降解。此外，发酵技术还能显著改变水产品的营养成分并产生独特的风味特征（Wang等人，2023年）。

紫色毛霉（Monascus）是一种小型丝状腐生真菌，近千年来一直被用于中国传统食品的生产，能产生多种代谢物，如天然色素、降脂化合物和其他生物活性物质（Zhou、Pan等人，2024年；Zhou、Wu等人，2024年）。与传统使用的Actinomucor elegans相比，紫色毛霉具有更高的酸蛋白酶和酯酶活性，这有助于发酵过程中的蛋白质降解和酯类物质的生成（He等人，2025年）。此外，接种紫色毛霉还能产生具有抗氧化、抗肿瘤和抗菌等功效的色素（Zhou、Pan等人，2024年；Zhou、Wu等人，2024年）。目前，发酵鱼糜的生产包括两个步骤：固态发酵（发酵前阶段）和后熟过程。固态发酵由丝状真菌引发，以获得水分含量低且酶活性高的半成品鱼糜。随后，将半成品放入含有葡萄酒和盐的发酵液中，在厌氧条件下进行数周至数月的后熟处理。在此复杂的多步骤过程中，紫色毛霉分泌的大量酶在蛋白质、脂质和碳水化合物的水解反应中起着关键作用（He等人，2025年）。这些反应有助于赋予最终发酵鱼糜独特的感官特性和营养价值。因此，阐明发酵过程中的关键代谢物生成机制对于提升发酵水产品的风味和营养价值至关重要。

从理论上讲，风味物质的形成机制涉及由所用丝状真菌分泌的多种酶独立或协同催化的作用（Wang等人，2023年）。然而，由于发酵过程的复杂性，对微生物代谢组学驱动的风味演变机制的研究仍有限，需要更深入和系统的分析来揭示风味化合物形成的动态变化。代谢组学技术已被广泛应用于小分子代谢物的全面表征，尤其是分子量低于1.5 kDa的代谢物。该技术广泛用于监测食品发酵过程中代谢物水平的变化，并评估最终发酵产品的质量。例如，利用挥发组学和代谢组学分析揭示了中国传统发酵鲻鱼（Chouguiyu）中特征风味化合物的潜在生成途径（Chen等人，2023年）。

本研究的主要目的是探讨紫色毛霉在发酵鱼糜生产中的风味演变机制及其潜在应用。通过气相色谱-质谱（GC–MS）技术和电子鼻（E-nose）对鱼糜风味成分进行了定性和定量分析。同时，还研究了理化性质（如pH值、总酸含量、颜色值、总挥发性碱性氮（TVB-N）和柠檬苦素含量），以确保发酵鱼糜产品的食品安全。此外，还采用了非靶向组学技术来识别和量化发酵过程中主要代谢物的差异，并通过多元分析探讨了潜在的风味演变机制。鉴于在高盐或高酒精条件下紫色毛霉的酶活性常常受到抑制，本研究提出了一种使用菜籽油作为后熟介质的新策略，以避免在这些环境中直接损伤酶活性，从而更好地保留酶活性。据我们所知，目前关于紫色毛霉参与鱼糜发酵过程中风味演变机制的数据仍然有限。本研究有望为控制和优化具有高经济价值的发酵鱼糜生产提供新的方法。

实验部分

鱼糜凝胶的制备

米鱼（Miichthys miiuy）的冷冻鱼糜（FA级）购自浙江兴业集团有限公司（中国舟山）。将冷冻鱼糜在4°C的冰箱中解冻，然后用绞肉机绞碎得到鱼糜碎。接着加入2.5%（w/w）的氯化钠、15%（w/w）的米粉、0.1%（w/w）的乳酸和15%（w/w）的去离子水，与鱼糜混合并搅拌10分钟。将搅拌后的鱼糜糊倒入...

理化性质的变化

表1清楚地展示了鱼糜发酵过程中理化性质的动态变化。pH值的变化对于监测发酵过程至关重要，且与最终产品的安全性和风味特性密切相关（Zhang、Hu等人，2025年；Zhang、Li等人，2025年；Zhang、Wang等人，2025年）。显然，使用紫色毛霉发酵的鱼糜凝胶的pH值从6.63降至4.78...

结论

本研究全面分析了紫色毛霉诱导的发酵鱼糜产品在发酵前和后熟阶段的理化性质、挥发性及非挥发性代谢物。发酵前阶段表现为pH值下降和紫色毛霉色素的形成，而后熟阶段则表现为TVB-N的积累以及柠檬苦素的减少。

作者贡献声明

何文佳：撰写初稿、软件使用、方法设计、资金申请、数据分析、概念构建。王敏：数据可视化、方法设计、实验研究、数据分析、概念构建。周涛：数据可视化、软件使用、数据管理。傅素芳：撰写、审稿与编辑。陈康：撰写、审稿与编辑、指导。丁玉婷：撰写、审稿与编辑、指导。周旭霞：撰写、审稿与编辑、指导、资金申请。

未引用参考文献

Chen等人，2025年

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

本研究得到了国家重点研发计划（2023YFD2401502）和国家自然科学基金（编号32402151）的财政支持。