丰富和稀有的细菌种类对中国泡菜风味的影响:这些泡菜是用不同蔬菜发酵制成的

《Food Research International》:Synergistic effects of abundant and rare bacterial taxa on flavor profiles in Chinese pickles fermented with different vegetables

【字体: 时间:2026年02月20日 来源:Food Research International 8

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  中国泡菜发酵过程中,丰富度与稀有度细菌亚群共同影响群落组装、互作网络及风味物质形成。通过16S rRNA测序和代谢组学技术(气相色谱-离子迁移谱、核磁共振波谱),发现不同蔬菜泡菜的理化性质差异显著,稀有菌群(占OTU的81.13%)虽序列占比仅1.75%,却通过更多互作关系维持社区稳定性,并与丰富菌群协同生成有机酸、醇类等关键风味物质。研究揭示了泡菜微生物群落中丰富与稀有菌群的差异化组装机制及其对风味调控的互补作用。

  
黄晓宁|陈俊成|康壮丽|王军|徐京国
教育部热带转化医学重点实验室,海南医学院公共卫生学院,海口571199,中国

摘要

中国泡菜是一种传统的发酵蔬菜食品(例如,发酵的球茎甘蓝、豇豆和大蒜)。尽管原材料和微生物群落极大地影响了风味特征,但丰富和稀有细菌亚群的多样性、组装过程及其出现模式,以及这些亚群如何共同影响风味特征,目前仍知之甚少。在这里,我们使用16S核糖体RNA基因测序和非靶向代谢组学技术(包括气相色谱-离子迁移谱和质子核磁共振)表征了丰富和稀有菌群的群落结构,并探讨了在控制条件下由多种蔬菜发酵制成的不同泡菜的风味特征。不同原材料制成的泡菜在物理化学性质上存在显著差异。稀有细菌类群占总操作分类单元(OTUs)的81.13%,但仅占总序列的1.75%。丰富菌群主要由OTU120(乳杆菌)和OTU97(利莫西乳杆菌)主导,而代表性稀有菌群包括OTU7(乳杆菌)和OTU49(利科里乳杆菌)。线性判别分析效应大小分析确定了16个在多种泡菜中富集的丰富OTU和4个稀有OTU。此外,随机过程主要影响泡菜微生物群落的组装,而丰富菌群的组装比稀有菌群更具确定性。此外,稀有菌群参与的相互作用更多,表明它们在群落连通性和稳定性中起着不成比例的作用。另外,不同泡菜之间的风味差异主要与酸、醇、糖和氨基酸的变化有关。丰富和稀有细菌类群共同贡献了关键代谢物。总体而言,稀有菌群与丰富菌群一起,与中国泡菜的群落组装、相互作用和风味特征有关。

引言

微生物群落通常包含从优势到低丰度范围内的各种菌群。虽然丰富物种在数量上占主导地位,但稀有物种通常表现出更大的多样性(Fuhrman, 2009; Jousset et al., 2017; Magurran & Henderson, 2003)。丰富物种的组成、结构和代谢功能一直是微生物群落研究的主要焦点,证明了它们对群落动态和功能的重大贡献(Jiao et al., 2019; Mo et al., 2018; Pedrós-Alió, 2006)。然而,最近的研究强调了稀有物种在各种生态系统中的重要性,如根际、生物地球化学过程和人体内(Banerjee et al., 2018; Dawson et al., 2017; Lynch & Neufeld, 2015)。尽管相对丰度较低,稀有菌群具有显著的遗传和功能多样性。它们对群落稳定性有重要贡献,在物种相互作用中发挥作用,并作为“微生物种子库”来缓冲环境变化。此外,稀有物种通常比丰富物种表现出更高的代谢活性,突显了它们在微生物生态系统中的生态重要性(Gao et al., 2020; Jia et al., 2018; Xiong et al., 2021)。
稀有菌群也被认为是食品微生物组中的核心功能微生物,例如醋和中国白酒。在醋的发酵过程中,稀有菌群对于维持微生物网络的稳定性和适应性、适应环境变化以及促进醋微生物群的成熟至关重要(Peng et al., 2021a)。此外,使用稀有物种Komagataeibacter europaeus进行生物增强可以增强醋酸代谢并调节发酵性能(Peng et al., 2021b)。同样,在白酒发酵过程中,白酒中的稀有物种增强了群落相互作用,维持了己酸和丁酸的合成代谢功能,这对塑造白酒的风味特征很重要(Mu et al., 2024)。此外,在白酒发酵过程中,发酵谷物中的稀有真菌强调了稀有物种在维持真菌多样性和促进关键真菌之间的合作行为方面的重要性,这对真菌群落的稳定性至关重要(Zhao et al., 2022)。
中国泡菜,也称为中国泡菜或中国泡菜,是一种用盐水腌制并经过乳酸发酵的蔬菜,在中国已有数千年的食用历史,并因其独特的开胃品质和益生元益处而在许多亚洲国家仍然非常受欢迎(Li et al., 2015; Zheng et al., 2023)。泡菜通常是通过发酵萝卜、卷心菜、大蒜、黄瓜和辣椒等蔬菜制成的。传统的自然发酵方法使用6–8%(w/v)的盐溶液,并加入香料和添加剂,在室温(约20–25°C)下放置6–10天进行厌氧发酵(Xiao et al., 2018)。泡菜发酵中的主要微生物通常是乳酸菌,如乳杆菌LeuconostocWeissellaLactococcus(Wang et al., 2020)。泡菜发酵中的微生物组成和风味受多种因素影响,尤其是原材料。先前的研究表明,原材料选择性地影响微生物群落的组装模式和过程以及风味特征(Jiang et al., 2021; Song et al., 2020)。然而,泡菜中丰富和稀有菌群的微生物分布、组装和共现模式仍不清楚。
由于丰富和稀有细菌亚群通常表现出不同的生态特性,它们的组装机制和对微生物群落相互作用的贡献可能大相径庭,不应一概而论。越来越多的微生物生态学证据表明,尽管相对丰度较低,稀有菌群可以对群落稳定性、相互作用网络和生态系统功能做出不成比例的贡献(Fuhrman, 2009; Jousset et al., 2017)。因此,结合丰富和稀有亚群可以提供对发酵微生物组的更全面的生态理解。在这项研究中,我们使用相同的标准工艺发酵了九种新鲜蔬菜成分。我们研究了丰富和稀有细菌群落在群落组装、微生物相互作用和代谢特征中的作用,包括评估这两种菌群对网络复杂性的影响,以及识别潜在的关键物种。我们的发现阐明了稀有和丰富菌群在泡菜微生物组组装过程、微生物相互作用和代谢功能中的作用,为传统发酵蔬菜的发酵机制提供了生态学视角,并扩展了我们对发酵食品中物种共存的理解。

实验设计

从中国海南省海口市的当地商业超市购买了九种新鲜的泡菜原料,包括鸟辣椒、中国白菜、球茎甘蓝、豇豆、大蒜、青椒、紫甘蓝、红萝卜和白萝卜。这些蔬菜用蒸馏水清洗并在紫外线下干燥,以控制其表面的初始微生物群。为了开始泡菜发酵过程,将蔬菜切成适当的形状和大小。

不同泡菜的物理化学性质比较

尽管这九种不同的泡菜使用了不同的原料,但它们经历了相同的发酵过程。然而,泡菜样品之间的物理化学因素存在显著差异,包括pH值、亚硝酸盐水平、可培养的乳酸菌(LAB)计数、可滴定酸度和乳酸及醋酸的浓度。酸浓度是发酵泡菜质量、风味和稳定性的关键指标(An et al., 2021)。泡菜CO的

讨论

尽管泡菜的原材料可能导致具有相同发酵程序的泡菜之间存在差异(Jiang et al., 2021; Song et al., 2020),但我们发现不同泡菜样本中的本土微生物组成存在差异,无论是丰富还是稀有细菌亚群。丰富和稀有细菌类群的多样性、组装过程、相互作用网络及其与物理化学性质的关系都不同,两者共同

结论

总之,我们描述了在控制条件下由多种不同蔬菜发酵的中国泡菜的微生物生态。我们证明了无论是丰富还是稀有细菌亚群都与使用相同工艺但不同原材料制成的不同泡菜的风味和特性有关。我们的群落组装分析表明,随机过程在塑造泡菜发酵中的微生物群落方面起主导作用。

CRediT作者贡献声明

黄晓宁:撰写——原始草稿、可视化、方法学、正式分析。陈俊成:撰写——审阅与编辑、验证、项目管理。康壮丽:撰写——审阅与编辑。王军:撰写——审阅与编辑。徐京国:撰写——审阅与编辑、资源获取、项目管理。

未引用的参考文献

Hou, gang Jiang and chen Long, 2013
Peng et al., 2021
Peng et al., 2021

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了海南医学院科研启动基金项目RZ2500003891)和江苏省自然科学基金BK20230587)的支持。
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