食品与生物工程学院林洪斌教授团队在Food Research International发表最新研究成果

3月22日，食品与生物工程学院林洪斌教授团队在Food Research International发表题为《Investigation of flavor formation mechanism of broad bean paste fermented by Bacillus amyloliquefaciens SCPC-RY2021》的研究论文。食品与生物工程学院研究生蔡佳颖为本文的第一作者，林洪斌教授和宁厚齐老师同为本文的通讯作者。该研究以解淀粉芽孢杆菌SCPC-RY2021为对象，结合GC×GC-MS与非靶向代谢组学，系统解析了蚕豆瓣发酵过程中关键香气物质的形成机制及其代谢通路，并进一步揭示了盐胁迫对菌体生长、代谢流分配及风味生成的影响。

论文截图

郫县蚕豆瓣是我国传统发酵调味品，具有鲜明而复杂的风味特征。本文以解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens SCPC-RY2021为研究对象，采用二维气相色谱-质谱联用技术与非靶向代谢组学相结合的方法，探究其在蚕豆瓣发酵中的风味形成机制。结果显示，在有盐与无盐条件下，菌体生物量及代谢物组成存在显著差异。研究共鉴定出161种挥发性风味物质，并筛选得到10种关键香气化合物，包括1-octen-3-ol、linalool、(E)-2-nonenal、3-methylbutanal、nonanal、phenylacetaldehyde、benzaldehyde、acetoin、2,5-dimethylpyrazine和styrene。非靶向代谢组学共发现77种显著差异代谢物，主要涉及氨基酸生物合成与代谢，以及嘧啶、嘌呤、碳水化合物和氮代谢等通路。关键香气物质的生成与苯丙氨酸和亮氨酸的生物合成及代谢、亚麻酸氧化降解以及碳水化合物代谢密切相关。盐胁迫降低了大多数关键香气化合物的含量，并改变了菌体代谢通路及转化速率。

研究背景

郫县豆瓣是四川菜肴的重要风味基础，其生产通常包括蚕豆瓣发酵、辣椒醅发酵及后续混合发酵三个阶段，其中蚕豆瓣发酵对终产品风味形成尤为关键。随着生产方式由传统露天发酵逐步转向控温密闭发酵，产品标准化和工业化水平不断提升，但密闭发酵条件下微生物多样性受限，导致发酵风味复杂度下降。前期研究表明，解淀粉芽孢杆菌SCPC-RY2021具有耐盐性、产淀粉酶和蛋白酶能力，并具备较强的风味形成潜力，可改善蚕豆瓣发酵品质。然而，该菌株在蚕豆瓣发酵中关键香气物质如何形成、相关前体—产物代谢路径如何变化，仍缺乏系统阐明。

 研究内容 

1. 构建模拟发酵体系并比较菌体生长

研究建立了未接种无盐组、接种无盐组和接种13%盐组的模拟蚕豆瓣发酵体系。结果表明，SCPC-RY2021在无盐条件下快速增殖，而在13%盐条件下生长受到明显抑制，说明高盐环境影响菌体生物量积累及后续代谢活动。

2. 鉴定挥发性风味物质与关键香气成分

利用GC×GC-MS分析不同发酵组挥发性风味物质，共鉴定161种VOCs。进一步结合OAV评价，筛选得到10种关键香气化合物，涵盖醇类、醛类、酮类、吡嗪类和烯烃类，显示接种发酵显著拓宽了蚕豆瓣的香气谱。

3. 解析差异代谢物组成变化

采用UPLC-Q-TOF-MS进行非靶向代谢组学分析，发现77种显著差异代谢物。差异代谢物主要集中于氨基酸、碳水化合物、脂肪酸及其衍生物，表明菌株接种显著影响了蚕豆瓣发酵过程中的非挥发性代谢网络。

4. 富集关键代谢通路并建立风味关联

KEGG分析显示，主要差异通路包括苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、精氨酸等氨基酸生物合成与代谢，以及淀粉和蔗糖代谢、甘油磷脂代谢、氮代谢等。研究进一步将关键香气物质与对应代谢通路进行关联，建立了从前体代谢物到风味产物的转化关系。

5. 揭示盐胁迫对风味形成机制的影响

比较无盐与高盐条件发现，盐胁迫降低了多数关键香气物质含量，并改变了苯丙氨酸、亮氨酸、糖代谢及脂质氧化相关过程的转化效率，提示盐浓度是影响菌株代谢通量和风味生成的重要环境因素。

 研究结论 

本研究系统阐明了解淀粉芽孢杆菌SCPC-RY2021在蚕豆瓣发酵中的风味形成机制。研究共检测到161种挥发性风味物质，并确定了10种关键香气化合物。结果表明，这些关键香气的形成主要与苯丙氨酸和亮氨酸的生物合成与代谢、亚麻酸氧化降解以及碳水化合物代谢密切相关。该菌株能够促进氨基酸相关代谢物的积累与转化，利用碳水化合物为生长和挥发性风味物质形成提供能量，同时抑制多不饱和脂肪酸的自氧化并促进其酶促反应。盐胁迫则抑制菌体生长，并改变代谢通路及转化速率。该研究为解淀粉芽孢杆菌作为功能发酵剂改善豆瓣风味一致性与产品质量提供了理论依据，也为豆瓣生产中的菌种筛选与质量控制提供了实践指导。