《Food Bioscience》：Integrated multi-omics and machine learning reveal aroma profiles and brand fingerprints in various fermented mandarin fish
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发酵橘子鱼风味特征与微生物代谢关联性研究。通过GC-MS、宏转录组和非靶向代谢组学分析，发现43种挥发性化合物，其中二甲胺、异戊醛和萜类为关键风味成分。宏转录组揭示Fusobacterium（22.77%-32.03%）、Psychrilyobacter（19.79%-22.27%）和Vibrio（6.53%-17.37%）为优势菌群，脂代谢通路显著富集。极端梯度提升模型（R2>0.94）最佳，建立风味特征与微生物群落及代谢通路的系统关联，为发酵工艺优化和质量控制提供理论依据。
作者：施健|宣世超|刘思同|乔凤志|唐青娟|肖乃勇|尹明宇|史文正|张兰伟|孙建安|吴永祥|林凯
中国海洋大学食品科学与工程学院海洋食品加工与安全控制国家重点实验室，青岛266003
摘要：
本研究利用气相色谱-质谱（GC-MS）、宏转录组学和非靶向代谢组学技术，分析了不同品牌发酵鲫鱼产品（HMSY、WXHS、YXSP、HXT和ZWFSP）的香气特征和活性代谢谱。共鉴定出43种挥发性化合物，主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）能够区分不同品牌的香气特征。研究发现，二甲胺、异戊醛和萜类化合物是影响香气特征的关键成分。宏转录组学分析显示，Fusobacterium（22.77%～32.03%）、Psychrilyobacter（19.79%～22.27%）和Vibrio（6.53%～17.37%）是发酵过程中的主要活性微生物群落，且这些微生物与脂质代谢相关基因的表达差异显著。与偏最小二乘回归、支持向量机、随机森林、深度神经网络和动量深度信念网络等建模方法相比，极端梯度提升模型在预测香气特征和区分鲫鱼品牌方面表现最佳（R2>0.94）。该方法整合了多组学技术和机器学习，系统地将香气特征与关键活性微生物及其代谢途径联系起来，为产品质量控制和品牌区分提供了依据。
引言
鲫鱼（Siniperca chuatsi）是中国常见的食用鱼类，具有重要的经济价值。然而，由于其质地较软以及受活性微生物和内源性酶的影响，其在食品加工过程中面临诸多挑战。发酵技术是延长保质期和改善感官品质的关键方法，能够赋予产品坚实的质地和独特的风味。中国发酵鲫鱼起源于安徽省，其发酵历史可追溯至200多年前，现已发展出较为完善的发酵体系。近年来，安徽省发酵鱼产品的总产量取得了显著突破（Shen等人，2021；Yang等人，2021）。发酵鲫鱼因其独特的风味和坚实的质地而在市场上越来越受欢迎（Adesulu-Dahunsi等人，2020；Prihanto等人，2024）。
然而，大多数鲫鱼工厂仍采用自然发酵工艺，导致最终产品品质波动较大。原材料选择、发酵剂和发酵环境对发酵过程有显著影响（Jung等人，2022）。发酵过程中不同阶段的微生物变化会改变碳水化合物、脂肪酸和氨基酸的代谢途径，从而影响香气特征（Zang等人，2022）。在接种发酵的鲫鱼中，优势菌群包括乳酸菌、巨球菌和葡萄球菌；而自然发酵过程中则以Aureobasidium为主（Zang等人，2018；Yin等人，2025）。目前，关于这些市售发酵鱼产品的微生物群落和风味变化的详细信息尚未得到系统研究。缺乏标准化工艺导致不同品牌产品品质不稳定，活性微生物群落与产品风味之间的具体关联尚不明确。
为填补这一空白，亟需开展整合多组学技术的系统研究，以揭示活性微生物在塑造发酵鲫鱼风味特征中的功能作用。虽然基于DNA的宏基因组测序能够全面记录发酵系统中的微生物组成，但基于RNA的宏转录组学可通过实时监测基因表达来捕捉关键差异表达途径。从复杂的动态发酵环境中提取总RNA，有助于从整体微生物背景中分离出具有代谢活性的微生物群落，从而高分辨率地揭示驱动群落演替和代谢的关键途径。气相色谱-质谱（GC-MS）和非靶向代谢组学技术可清晰解析挥发性和非挥发性代谢物的动态代谢过程。此外，电子鼻（e-nose）和气相色谱-质谱（GC-MS）被用于构建品牌区分模型，揭示风味化合物的挥发性差异。非靶向代谢组学用于分析风味前体化合物的代谢变化。通过整合多组学技术，研究了不同发酵工艺对发酵鲫鱼品质的影响，系统阐述了香气特征、微生物代谢和基因调控之间的关系。本研究通过监测商业成品中的活性微生物组成，进一步阐明了参与香气形成的关键代谢途径，为鲫鱼发酵的工业化改进提供了实际指导。
样品采集
发酵鲫鱼样品的采集
发酵鲫鱼样品来自中国安徽省的五家加工企业：黄山汇姆实业有限公司（HMSY）、黄山万新汇山有限公司（WXHS）、黄山沪兴塘桃花流水食品有限公司（HXT）、黄山 Feast Fairy 食品有限公司（YXSP）和黄山镇味坊食品有限公司（ZWFSP）。这些样品经过充氧处理后被运输至加工厂，随后进行后续处理。
发酵鲫鱼的pH值和电子鼻分析
理化性质是评估发酵食品品质变化的有效指标。本研究发现，不同品牌的发酵鲫鱼具有显著的理化差异（图1a）。发酵后样品的pH值呈酸性，主要源于发酵过程中产生的酸。其中，WXHS样品的pH值最高，而ZWFSP样品的pH值最低（6.70）。这些差异可能与发酵条件有关。
结论
本研究系统分析了不同发酵鲫鱼产品的基因谱、细菌群落和风味化合物，建立了基因-微生物群-代谢的调控机制。通过GC-MS鉴定出43种挥发性化合物，确认二甲胺、吲哚和萜类化合物是发酵鲫鱼的特征香气成分。宏转录组学分析显示，Fusobacterium（22.77%～32.03%）、Psychrilyobacter
作者贡献声明
吴永祥：数据可视化、验证、项目管理、方法设计、资金筹集、数据分析、数据整理。
施健：初稿撰写、数据可视化、软件使用、资源协调、项目管理、方法设计、数据分析、数据整理、概念构建。
林凯：初稿撰写、验证、监督工作、资源协调、资金筹集、数据分析、数据整理、概念构建。
宣世超：数据可视化、软件使用、方法设计、资金支持。
未引用参考文献
Li等人，2025；Shi等人，2024；Shi等人，2024；Xiong等人，2024。
利益冲突声明
作者声明与本研究无个人利益或财务关联。
数据获取
数据可应要求提供。
利益冲突声明
作者声明与本研究无任何利益冲突。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（项目编号：2023YFF1105305）、徽州臭鲫鱼产业研究项目（HZCGY2025002）、安徽大学科技教师下企业实践项目（2025jsqygz77, hxkt2025256）以及安徽省高校协同创新计划（GXXT-2023-053）的支持。
