《Food Chemistry: X》：Dynamics and correlation of flavor compounds and bacterial communities in mustard (
Brassica juncea) and wild jujube (
Ziziphus spinosa) co-fermentation
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为解决传统发酵芥菜产品风味单一、亚硝酸盐含量控制与风味形成机制不清等问题，本研究创新性地将野生酸枣粉与芥菜共发酵。研究人员系统分析了ZFBJ体系发酵过程中理化性质、挥发性/非挥发性风味物质及微生物群落的动态变化，揭示了pH、TTA、亚硝酸盐与假单胞菌等关键因子如何共同驱动细菌群落演替（从Proteobacteria转变为Firmicutes）及关键风味物质（如13种VIP>1的挥发性化合物）的形成。该研究为开发风味增强型发酵蔬菜产品提供了科学依据，具有重要应用价值。
在我们的餐桌上，发酵蔬菜如泡菜、酸菜等一直扮演着开胃下饭的重要角色。芥菜，特别是其块茎形态，是中国北方腌制蔬菜的常用原料，以其独特的风味和爽脆口感深受喜爱。然而，传统的发酵芥菜产品也面临着一些挑战：产品风味相对单一，缺乏创新性；发酵过程中可能产生令人不悦的硫化合物气味；并且，消费者普遍关注的亚硝酸盐含量也需要得到有效控制。与此同时，大自然中还有许多潜在的风味“助手”未被充分发掘，比如野生酸枣。这种在我国河北、山西等地常见的植物，不仅营养丰富，其粉末是否能为发酵食品带来新的风味可能，并改善发酵进程呢？将这两种特色农产品结合在一起进行“共发酵”，能否碰撞出意想不到的美味火花，并科学地揭示其背后的风味与微生物奥秘？这便构成了本项研究的起点。
为了探究这些问题，以李丹、马晓丽、任鹏学、赵佳阳、罗爱国、石胜利组成的研究团队，在山西农业大学的实验室里，开展了一项关于芥菜与野生酸枣粉共发酵的综合性研究。他们的成果以题为“Dynamics and correlation of flavor compounds and bacterial communities in mustard (Brassica juncea) and wild jujube (Ziziphus spinosa) co-fermentation”的论文发表在《Food Chemistry: X》期刊上。这项研究旨在系统阐明混合发酵过程中，产品理化性质、风味物质与微生物群落结构动态及其相互关联，为开发风味更优、品质更安全的发酵蔬菜新产品提供坚实的科学基础。
为全面解析共发酵体系，研究人员运用了多项关键技术。他们设置了实验组（ZFBJ，芥菜加5%野生酸枣粉）和对照组（CK，仅芥菜），在18°C下进行30天的厌氧发酵。通过pH计、滴定法和国标法动态监测了发酵液的pH、总可滴定酸度（TTA）和亚硝酸盐含量。利用氨基酸分析仪测定了游离氨基酸（FAA）的组成变化。采用电子鼻（E-nose）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术，分别对挥发性气味进行整体指纹图谱分析和特定挥发性化合物的定性与相对定量分析。同时，通过Illumina MiSeq平台对发酵液样本进行16S rRNA基因高通量测序，以揭示细菌群落的组成与演替规律。最后，运用主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）以及皮尔逊相关性分析等统计方法，深入挖掘环境因子、微生物与风味物质之间的复杂关联。
3.1 理化性质分析
通过监测pH、TTA和亚硝酸盐的动态变化，研究人员发现，添加野生酸枣粉显著加速了发酵体系的酸化进程。ZFBJ组的pH值下降更快，最终pH（3.92）显著低于对照组（4.86）。TTA在ZFBJ组中上升更为显著，并在第9天即达到发酵蔬菜成熟（TTA > 3 g/kg， pH < 4.0）的标准，而对照组始终未达标。此外，ZFBJ组的亚硝酸盐峰值浓度（约1.60 mg/kg）远低于对照组（3.17 mg/kg），且最终含量远低于国标限量。这些结果表明，野生酸枣粉的添加促进了产酸、加速了发酵成熟，并有效降低了亚硝酸盐的积累。
3.2 风味化合物分析
3.2.1 游离氨基酸分析
发酵过程中，总游离氨基酸含量先升后降。丝氨酸、天冬氨酸和谷氨酸是含量最丰富的氨基酸，分别贡献甜味和鲜味。ZFBJ组中甜味和鲜味氨基酸的总体水平高于对照组，而苦味氨基酸较低，这为其更佳的口感奠定了基础。
3.2.2 电子鼻分析
电子鼻传感器响应图谱显示，发酵时间对ZFBJ的整体风味特征有显著影响。在第9至12天，传感器响应出现剧烈波动，与理化指标变化阶段吻合，暗示此阶段是风味物质形成与微生物代谢活跃的关键期。
3.2.3 挥发性化合物分析
共鉴定出34种关键挥发性化合物。硫化合物（特别是异硫氰酸烯丙酯和异硫氰酸苯乙酯）是主要的挥发性组分，但共发酵使其总含量降低了28%。随着发酵进行，醇、醛、酸和酯类物质增加。通过多变量分析，将发酵过程分为4个阶段，并筛选出13种变量重要性投影（VIP）值大于1的关键差异性风味化合物，包括醇、醛、酸、酯、含氮及含硫化合物。
主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）清晰地展示了样品按发酵时间的分组情况，而OPLS-DA模型则进一步验证了组间差异并确定了关键风味标志物。
3.3 微生物多样性分析
3.3.2 ASV分析
扩增子序列变异（ASV）数量在发酵过程中有所波动，第15天出现峰值。同时存在92个在所有时间点共享的核心ASV，表明有一个稳定的核心微生物群贯穿发酵始终。
3.3.3 Alpha多样性分析
Chao1、Shannon和Simpson指数均呈现先下降后上升的趋势，表明发酵初期严苛的厌氧和酸化环境对微生物群落产生了强烈的选择性压力，后期随着环境稳定，群落多样性有所恢复。
3.3.4 细菌多样性分析
在门水平上，群落发生了明显的演替：发酵初期以变形菌门（Proteobacteria）为主，后期厚壁菌门（Firmicutes）成为优势菌门。在属水平上，寡养单胞菌（Stenotrophomonas）的相对丰度增加，而假单胞菌（Pseudomonas）和微杆菌（Microbacterium）的丰度下降。与对照组相比，ZFBJ中嗜盐古菌Haloarcula和氨氧化古菌Candidatus Nitrocosmicus被有效抑制。
3.4 细菌群落与理化性质的相关性分析
方差膨胀因子（VIF）分析确认pH、TTA和亚硝酸盐之间不存在严重多重共线性。相关性热图显示，不同细菌属与这些理化因子之间存在特异性关联。例如，Pantoea与亚硝酸盐和TTA呈正相关，而Stenotrophomonas和Paucibacter与它们呈负相关。假单胞菌与亚硝酸盐和TTA负相关，但与pH正相关。这表明这些理化性质是驱动细菌群落结构变化的关键环境因子。
3.5 细菌群落与风味化合物的相关性分析
皮尔逊相关性分析揭示了细菌属与风味化合物之间的复杂网络。例如，棕榈酸和苯甲醛与Pantoea、Sphingobacterium、Klebsiella、Pseudomonas和Microbacterium等多个属呈强正相关。而异硫氰酸苯乙酯与Sphingobacterium和假单胞菌呈强负相关。在游离氨基酸中，丙氨酸与寡养单胞菌正相关，丝氨酸与克雷伯菌负相关。假单胞菌被确定为与多种风味化合物相关的最关键属。
研究结论与意义
本研究通过多组学整合分析，系统阐明了芥菜与野生酸枣粉共发酵体系中风味形成与微生物群落的动态互作机制。主要结论包括：第一，共发酵策略能有效加速酸化、促进发酵成熟（第9天达标），并显著抑制亚硝酸盐积累和硫化合物等不良风味物质的形成，同时富集甜味氨基酸，从而塑造出更优的风味轮廓。第二，微生物群落经历了从变形菌门到厚壁菌门的确定性演替，pH、TTA和亚硝酸盐是驱动此演替的关键环境因子。第三，相关性分析识别出假单胞菌等关键细菌属与多种挥发性风味化合物及氨基酸的生成显著相关，可能是调控风味形成的核心功能微生物。
这项研究的核心意义在于，它不仅为开发风味增强、食用更安全的创新型发酵蔬菜产品提供了直接的理论依据和工艺思路，而且通过关联分析深度揭示了在混合发酵这一复杂体系中，环境因子如何塑造微生物群落，进而如何影响最终产品风味质量的科学链条。这超越了传统发酵研究仅描述现象的模式，步入了机理探索的深层阶段。研究指出，野生酸枣粉中的高糖分和生物活性成分可能是其发挥积极作用的关键。未来，通过宏转录组学等手段验证假单胞菌等关键菌的具体代谢功能，并优化发酵参数，将有望实现发酵蔬菜风味的定向、精准调控，推动传统食品产业的现代化升级。
