葡萄糖介导的碳分解代谢产物抑制在Actinomucor elegans发酵鱼糜凝胶过程中风味形成中的作用

《Food Bioscience》：The Role of Glucose-Mediated Carbon Catabolite Repression in Flavor Formation during Fermentation of Surimi Gel by Actinomucor elegans

　　

丁一成|周旭霞|郑仁超|谢晓本|潘一标|朱洪旭|王彦波|黄俊

浙江科技大学生物与化学工程学院，中国杭州310014

摘要

发酵鱼糜凝胶的质量受微生物代谢的影响。添加葡萄糖作为底物会显著影响发酵过程，这可能是通过触发碳分解代谢物抑制（CCR）机制实现的。然而，这种效应背后的系统代谢调控机制仍不甚明了。本研究利用整合多组学分析方法，探讨了不同葡萄糖浓度（0%、5%、10%、15%、20%）对Actinomucor elegans发酵鱼糜凝胶的影响。结果表明，适量的葡萄糖（5-10%）能够增强凝胶的香气和菌丝厚度，而较高浓度（>10%）则会显著抑制真菌生长。生化分析显示，随着葡萄糖浓度的增加，凝胶的pH值升高，蛋白酶和氨基肽酶的活性降低，表明蛋白质分解受到抑制。转录组学分析显示出高度的可重复性和明显的剂量依赖性转录响应。功能富集分析表明，低葡萄糖组（G5、G10）在硫代谢和脂肪酸降解等途径中富集，而高葡萄糖组（G15、G20）则集中在氨基/核糖代谢途径上。通过对比关键组（G10）与无葡萄糖对照组（G0）的整合多组学分析，发现CCR反应表现为关键糖酵解酶（如己糖激酶、丙酮酸激酶）的显著上调，从而促进了挥发性风味化合物（如乙醇403.09 μg/kg和2-苯乙醇284.84 μg/kg）的生成。同时，非挥发性代谢组也发生了变化，有机酸（柠檬酸、苹果酸、乙酸）、多不饱和脂肪酸和生物活性肽的含量发生了显著变化。总体而言，本研究阐明了Actinomucor elegans中的葡萄糖响应性CCR机制，为理解碳代谢的重定向及其在塑造发酵鱼糜风味中的作用提供了见解。

引言

鱼糜凝胶是一种具有商业价值的水产品，因其独特的质地和营养成分而受到全球消费者的青睐，这些特性支撑了其持续的市场竞争力（Yang等人，2025年）。固态发酵鱼糜凝胶是现代鱼糜加工技术的一项创新（Ding等人，2024年），其中产品质量（如质地、香气、营养）由复杂的微生物驱动的生化转化决定。在固态发酵过程中，通常使用真菌，尤其是Mucor spp作为发酵启动剂（Zhou等人，2014年）。这些真菌具有丰富的胞外蛋白酶，能够水解蛋白质（尤其是肌球蛋白），从而促进质地软化并释放低分子量的风味前体，如游离氨基酸和肽。这些前体随后通过酶促反应生成复杂的代谢产物，赋予产品特有的风味和营养价值（Wang等人，2026年）。

鱼糜凝胶在成型前通常会添加NaCl和大豆蛋白等成分，以增强蛋白质交联网络并发展出独特的风味特征（Yang等人，2025年）。先前的研究表明，外源添加剂作为发酵底物时，会显著影响鱼糜凝胶的发酵结果。值得注意的是，与外源植物蛋白和多糖相比，葡萄糖对固态发酵鱼糜凝胶的质量影响更为显著（Ding等人，2024年）。一个合理的假设是，在鱼糜发酵过程中，由于微生物能量主要来自蛋白质降解，添加外源单糖（如葡萄糖）会激活碳分解代谢物抑制（CCR）机制，这种保守的调控机制使微生物代谢优先利用易吸收的糖类，同时抑制分解其他碳源（包括蛋白质和氨基酸）所需的酶的转录和活性（Adnan等人，2017年；Ding等人，2024年；Kiesenhofer等人，2016年）。在鱼糜固态发酵系统中，CCR效应可能深刻影响Mucor spp的代谢网络：一方面，它可能调节蛋白酶和其他水解酶的合成和分泌，改变蛋白质降解的动力学；另一方面，在CreA介导的抑制作用下，它可能通过改变核心碳代谢途径（如糖酵解和三羧酸循环）的活性，影响挥发性风味化合物（如有机酸、醇、醛和酮）的合成和积累，从而决定最终产品的风味特征（de Assis等人，2021年；Nair & Sarma，2021年；Shibata等人，2021年；Wang等人，2021年）。

目前关于鱼糜发酵的研究主要集中在工艺优化、菌株选择和最终产品风味分析上。例如，He等人（2025年）发现Monascus purpureus和Actinomucor elegans以1:1的比例接种有利于改善鱼糜的香气。Li等人（2024年）发现Latilactobacillus和Lactococcus能增强大多数令人愉悦的核心挥发性化合物。然而，关于发酵过程中核心微生物的代谢调控机制的系统性和深入研究尚缺乏，特别是碳源如何通过CCR等调控机制在转录和代谢水平上影响它们的代谢途径，从而决定产品的生化特性和风味质量。这种机制上的不确定性限制了通过精确调控发酵过程来稳定和优化产品质量的能力。

因此，本研究旨在利用Actinomucor elegans接种的鱼糜凝胶作为模型固态发酵系统，阐明鱼糜发酵中的代谢调控机制。具体而言，本研究将分析不同葡萄糖添加量下鱼糜凝胶的生化性质变化，并结合代谢组学和转录组学技术，揭示Actinomucor elegans在碳代谢抑制压力下的代谢物谱和关键基因表达差异。通过多组学关联分析，本研究旨在阐明葡萄糖如何调节Actinomucor elegans的碳代谢方向，并揭示其对鱼糜发酵风味相关途径的具体影响。研究结果有望为基于代谢调控的鱼糜发酵产品风味导向调控和工艺优化提供理论基础。

章节片段

样品和试剂

冷冻鱼糜（等级FA；水分含量：74.9%）由浙江兴业集团有限公司（中国舟山）提供。收到后，鱼糜储存在-18°C下，所有发酵实验在收到后三个月内完成。Actinomucor elegans XH-22菌株由仙恒食品有限公司（中国绍兴）提供，并在-80°C下用20%（v/v）甘油长期保存。

2,4,6-三甲基吡啶（TMP；纯度≥98%）

外观分析

图1A显示了不同葡萄糖添加量下固态发酵鱼糜凝胶的外观差异。经过48小时的固态发酵后，鱼糜凝胶出现了显著差异。在对照组（G0）和G5中，Actinomucor elegans的菌丝生长良好，菌丝长而密集，能够完全包裹鱼糜凝胶。鱼糜凝胶之间有明显的菌丝粘连，菌丝呈白色。其中，G5组的菌丝...

结论

本研究表明，添加5-10%的葡萄糖可以促进固态发酵鱼糜凝胶的形成并赋予理想的香气。相反，超过10%的葡萄糖浓度会显著抑制Actinomucor elegans的生长。随着葡萄糖浓度的增加，发酵鱼糜凝胶的pH值逐渐升高，而蛋白酶和氨基肽酶的活性逐渐下降。特别是在5%葡萄糖组（G5）中，氨基肽酶的活性降至原来的31%和47%

CRediT作者贡献声明

黄俊：资金获取。朱洪旭：研究。王彦波：撰写——审稿与编辑，概念构思。郑仁超：监督。潘一标：资源，方法学。谢晓本：资源，方法学。周旭霞：撰写——审稿与编辑，监督。丁一成：撰写——初稿，研究，资金获取

Ding等人，2024年。

本手稿严格遵循《Journal》提供的作者指南格式编写。作者之间不存在利益冲突。版权和作者顺序无争议。本手稿为原创作品，未提交/考虑过其他期刊，所有作者均知晓其提交至《Food Bioscience》。

本研究得到了浙江省“先锋”和“领头鹅”研发计划（2024C02005）以及北京科技与商务大学食品风味与健康跨创新开放项目的支持。