虾酱发酵过程中优势菌群与非挥发性有机物的相关性分析

虾酱是中国和东南亚地区传统发酵食品之一，以其独特的风味和较高的营养价值在我国有着悠久的历史。传统虾酱大多采用自然发酵制成，原料和原生微生物是影响虾酱品质的重要因素之一。自然发酵过程中很少进行灭菌，虾酱中微生物结构会受到自然气候条件、原料以及微生物活动差异等多种因素的影响。因此，研究食品与其微生物群落之间的相关性对于提高产品质量的稳定性有着及其重要的意义。发酵产品的商业开发需要掌握核心微生物在风味形成中的作用，以便提供理想的产品。为了实现这一目的，江苏大学水产科学与健康团队高瑞昌教授、袁丽教授等研究了虾酱发酵过程中非挥发性味觉活性化合物和细菌群落的变化，并建立细菌多样性与非挥发性味觉活性化合物之间的相关性。该研究将有助于阐明虾酱发酵过程中的潜在机制，并为进一步研究该产品中非挥发性味觉活性化合物的形成提供新的见解。

细菌组成分析

Bacteroidetes、Actinobacteria和Proteobacteria在发酵初期占据优势。随着发酵的进行，最初的优势菌门逐渐减少，而Firmicutes的丰度逐渐增加。在发酵第7个月，厚壁菌门的相对丰度增加到98.65%，逐渐成为微生物菌群的优势门。这表明Firmicutes在虾酱发酵的过程中起着至关重要的作用。Flavobacterium在发酵初期占据优势，然后迅速下降。Staphylococcus和Haematospirillum的相对丰度在发酵开始时为0.01%和0.09%，在发酵第4个月增加到8.70%和8.58%。Tetragenococcus在发酵第7个月后所占比例急剧上升，成为优势菌属（98.52%）。这表明微生物菌群的多样性随着发酵时间的延长而降低。

图1 不同发酵时期虾酱中细菌群落分析

通过PICRUSt分析揭示了微生物功能，共观察到34条KEGG通路（2级）。虾酱样品中20个最丰富的KEGG通路如图1C所示。其中，碳水化合物代谢、氨基酸代谢以及辅因子和维生素的代谢是样品中最丰富的途径（图1C）。与氨基酸代谢和脂代谢相关的基因在发酵早期较为丰富，而与碳水化合物代谢相关的基因在发酵中后期较为丰富。已经证明碳水化合物代谢与Firmicutes密切相关，而氨基酸和脂质代谢与Proteobacteria的存在密切相关。说明天然发酵虾酱中的微生物活性与氨基酸、碳水化合物和脂质代谢有关。

电子舌分析

虾酱各组之间的酸味、回味-A、鲜味、咸味、甜味均有显着差异（P＜0.05）。其中，鲜味和咸味随着发酵时间的延长而逐渐增加。虾酱中游离氨基酸浓度的差异可能会影响风味。它们可能会导致甜味和苦味。此外，当风味核苷酸（IMP、GMP和AMP）与鲜味氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸）一起使用时，它们会表现出更强的鲜味。

图2 不同发酵阶段电子舌分析

图2B显示了不同发酵时间的虾酱的味道响应值的PCA。来自不同发酵时间的样品得到了很好的区分。m7样品通过鲜味和咸味与其他样品区分开来，这些样品与其他样品相比具有更强的鲜味和咸味。m0和m4样品能够通过甜度进行区分，这些样品与其他样品相比，甜度更高。不同阶段的虾酱中游离氨基酸浓度的差异可能会影响风味。FAA本身也可以与酸和无机盐共同作用产生甜味、鲜味和苦味，并影响咸味和酸味。

微生物群落与非挥发性活性化合物之间的相关性分析

非挥发性化合物对发酵产品独特风味有很大贡献，而微生物群落对非挥发性化合物的形成至关重要。通过Spearman热图分析了细菌群落中属的丰度与非挥发性风味物质（包括游离氨基酸、有机酸和呈味核苷酸）之间的关系，发现大多数属与非挥发性风味物质具有一定程度的相关性。结果表明， Tetragenococcus的丰度与10种FAA呈显着正相关，其中包括谷氨酸、丙氨酸等美味氨基酸； Flavobacterium与多种氨基酸呈显着正相关； Staphylococcus与CMP和GMP呈显着正相关； Lactobacillus与AMP、Glu、His形成了显着的正相关；有机酸与 Tetragenococcus和 Haematospirillum呈正相关。

图3 微生物群落与非挥发性活性化合物相关性分析的热图

这项研究提供了对细菌群落动态变化的更好理解。虾酱中细菌在发酵初期更加多样化，而在发酵后期，Firmicutes和Tetragenococcus的相对丰度占据优势。相关分析表明，Tetragenococcus与多种游离氨基酸呈正相关；Staphylococcus与呈味核苷酸呈正相关。Tetragenococcus和Staphylococcus是影响非挥发性成分的核心菌属。这些发现表明了虾酱发酵过程中细菌群落动态和非挥发性成分的相互关系，为改进虾酱发酵工艺提供了理论依据。