综述：整合代谢组学、蛋白质组学、转录组学和基因组学，以提升乳酸菌在发酵饮料中调节风味的能力

多组学技术解析乳酸菌通过代谢调控改善发酵饮品风味的机制，整合基因组、转录组、蛋白质组和代谢组数据揭示LAB的加性（产生酯类、醇类等）和减性（降解醛类、吡嗪等）风味作用路径，提出AI辅助的精准发酵策略优化工业应用。

　　

张月|孙明雪|冯银|王伟|何亚梅|史海华|朱彦欣|南波|李霞|刘静生|王宇|王玉华

吉林农业大学食品科学与工程学院，长春，130118，中国

摘要：

背景

由于发酵乳制品和植物基饮料的营养价值和风味接受度，它们代表了一个不断增长的市场。然而，产生理想的风味和去除不良风味受到底物复杂性和微生物多样性的挑战。乳酸菌（LAB）通过多种代谢途径被广泛用于调节风味特征。尽管组学技术发展迅速，但在乳酸菌中的风味导向应用仍然零散。缺乏统一的多组学框架限制了对乳酸菌介导的风味调节机制的深入理解，从而阻碍了高质量饮料生产的系统化菌株改良和精准发酵策略的制定。

范围与方法

本综述概述了多组学技术在研究乳酸菌对发酵饮料风味调节中的应用进展。重点探讨了乳酸菌驱动的代谢途径及其与乳制品和植物基底物中成分的相互作用。我们强调了乳酸菌通过加成和减除机制在塑造饮料风味中的作用。

主要发现与结论

乳酸菌通过产生理想挥发性物质（酯类、醇类、酮类、有机酸）的加成机制以及转化不良风味（醛类、吡嗪类、苦肽）的减除机制来调节发酵饮料的风味。这些过程受底物组成、微生物多样性和发酵条件的影响。综合组学方法揭示了碳水化合物、蛋白质和氨基酸代谢途径的关键作用，以及相关调控基因和酶的作用。将这些组学见解转化为大规模应用仍面临挑战。未来的研究应聚焦于精准发酵和组学驱动的菌株优化，并结合人工智能辅助策略，在菌株、工艺和系统层面进行优化，以确保乳酸菌发酵饮料的理想风味质量。

引言

近年来，由于发酵饮料的营养价值、益生菌益处以及多样的风味特征，全球对发酵饮料的需求稳步增长（Al-Kharousi, 2025; Marsh, Hill, Ross, & Cotter, 2014）。在各种质量属性中，风味被认为是影响消费者接受度和市场竞争力的决定性因素（Wen, et al., 2024）。发酵饮料的特征风味来源于挥发性和非挥发性化合物的复杂混合物，包括有机酸、酯类、醛类和酮类（Wen, et al., 2024）。这些代谢物主要来自微生物代谢，尤其是乳酸菌（LAB），它们在塑造发酵产品的感官品质中起着核心作用（Anumudu, Miri, & Onyeaka, 2024）。乳酸菌调节发酵饮料风味的能力源于其多样的代谢活动，包括碳水化合物发酵、蛋白质分解和氨基酸分解，这些过程共同促进了芳香活性化合物的生成（H. Sharma, Ozogul, Bartkiene, & Rocha, 2021）。

传统上，发酵食品风味的研究依赖于感官评估和靶向化学分析，如气相色谱-质谱（GC-MS）、电子鼻/舌系统以及类器官生物传感器（Sung, Frost, & Suh, 2025; K. Xu, et al., 2025）。虽然这些方法有助于分析化合物组成，但未能完全阐明风味形成的分子机制和微生物的贡献（Shi, et al., 2022）。近年来，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学在内的多组学技术成为解析发酵食品中关键风味化合物生物合成途径、调控网络和分子前体的强大工具（Wen, et al., 2024）。这些方法提供了对参与风味化合物生物合成的代谢途径和酶级联的全面理解，为理解发酵食品的理想风味提供了机制上的见解。

然而，目前关于乳酸菌在发酵饮料中调节风味的研究往往依赖于单一组学分析，缺乏基因组学、转录组学和代谢组学之间的整合。这种缺乏系统性的整合限制了我们对发酵过程中风味生物合成层次化生物过程的理解（Lv, et al., 2025; F.-B. Meng, et al., 2022; Tian, et al., 2024）。这种缺乏系统整合的情况阻碍了对菌株特异性风味生物合成贡献的全面理解，从而限制了发酵策略的合理设计和针对特定饮料系统的优质乳酸菌菌株的选择。尽管用于多组学整合的生物信息学工具正在快速发展（Wen, et al., 2024），但将其应用于发酵饮料中的风味相关途径（特别是阐明潜在机制和积极改善感官特征方面）的研究仍不充分。

本综述批判性地总结了近期在整合代谢组学、蛋白质组学、转录组学和基因组学以解析乳酸菌菌株特异性代谢网络方面的进展。提出了一个基于多组学的综合框架，将功能基因预测和代谢调控与发酵饮料中的风味增强和不良风味缓解联系起来（图1）。还将重点介绍创新性的组学引导发酵策略，以增强乳酸菌的风味调节能力，并探讨其实施、挑战和未来机遇。

章节片段

乳酸菌的代谢特性及其在发酵饮料风味形成中的机制作用

乳酸菌在发酵饮料中的风味形成依赖于菌株特异性的代谢能力和与发酵基质的相互作用。多组学分析表明，协调的碳水化合物、氨基酸和脂质代谢通过互补的“加成”和“减除”途径决定了风味生成与不良风味去除之间的平衡。

揭示乳酸菌介导的风味调节的多组学方法

乳酸菌通过关键芳香化合物（包括酯类、醛类、醇类和有机酸）的生物合成和转化，在发酵饮料的风味发展中起着关键作用（Anumudu, et al., 2024）。尽管单一组学方法（如基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学）分别推动了乳酸菌研究的发展，但每种方法仅提供了部分风味调节机制的见解（N. Jiang, et al., 2022）。多组学的整合

未来方向：基于组学的乳酸菌介导发酵饮料风味增强策略

高通量测序和综合组学工具的快速发展极大地加深了我们对发酵生态系统中乳酸菌的理解（Kahraman Ilikkan, 2025）。随着对独特感官特征和清洁标签发酵产品的需求增加，行业正转向通过微生物生物转化来精确、数据驱动地增强风味的策略。因此，以风味为导向的组学可能会对乳酸菌菌株的合理选择和工程化产生积极影响

结论

风味是发酵饮料产品质量和消费者接受度的核心决定因素。乳酸菌通过生物合成和降解途径的动态平衡来贡献风味，这些途径由多种代谢过程（包括碳水化合物代谢、蛋白质分解和氨基酸分解以及脂质代谢）及相关调控机制介导。综合多组学方法揭示了微生物代谢与底物之间的复杂相互作用

未引用参考文献

Chen et al., 2016; Chen et al., 2024; Esteban-Torres et al., 2014; Li et al., 2025; Liu et al., 2025; Ritter et al., 2022; Ritter et al., 2022; Wang et al., 2025; Zhou et al., 2024.

作者贡献

张月：撰写原始草稿、方法学、软件开发、验证、可视化。孙明雪：撰写、审稿与编辑、软件使用。冯银：可视化、撰写与编辑。王伟和何亚梅：软件开发、方法学。史海华：可视化。朱彦欣：方法学、软件使用。南波：概念构思、可视化。李霞：概念构思、可视化。刘静生：概念构思、资金筹集。王宇：监督、概念构思、撰写、审稿与编辑。王玉华：

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性

本文所述研究未使用任何数据。

致谢

本工作得到了吉林省科技计划项目（20230402032GH）的支持。