高瑞昌教授团队：基于多组学的中国传统虾酱发酵过程中的风味形成机制研究

基于多组学的中国传统虾酱发酵过程中的风味形成机制研究

江苏大学食品与生物工程学院高瑞昌教授课题组

研究成果

2023年2月江苏大学高瑞昌教授团队在国际期刊FOOD RESEARCH INTERNATIONAL（Q1，IF: 7.425）上发表标题为“A multi-omics-based investigation into the flavor formation mechanisms during the fermentation of traditional Chinese shrimp paste”的研究型论文。江苏大学食品与生物工程学院李影为第一作者，高瑞昌教授为通讯作者。

研究背景

虾酱是我国和东南亚沿海地区著名的传统发酵水产品之一，气味鲜香，风味独特，具有丰富的蛋白质、钙、虾青素、游离氨基酸和微量元素等营养成分，深受广大消费者的喜爱。传统虾酱是将小虾（如蜢子虾、浮游虾和磷虾）加入25%-30%的盐，通过环境中的内源微生物群和内源酶的一系列组合作用发酵而成。在虾酱发酵过程中，虾中的碳水化合物、脂质、蛋白质等大分子有机物质被分解，形成鲜味肽、游离氨基酸和有机酸等多种化合物，以及醇类、吡嗪类、醛类和酯类等关键挥发性风味成分，这些化合物对发酵虾酱的感官特性有很大影响。然而，虾酱的发酵是一个复杂的过程，虾酱中微生物群的组成和代谢活动会随着环境条件和加工方法的不同而变化，从而影响与虾酱整体质量相关的风味的产生。因此，探究虾酱生产过程中风味代谢物的形成机制与微生物群落之间的关系，是其风味调控和质量控制的基础，对虾酱的工业化生产具有重要意义。

本研究利用电子鼻和SPME-GC-MS对发酵过程中虾酱的整体挥发性风味化合物进行了分析。此外，利用高通量测序技术和代谢组学技术系统地分析了时间依赖性的细菌群落和代谢产物的变化。本研究的根本目的是阐明风味演化与细菌群落和关键代谢产物之间的潜在关联，以期为探索香气物质的形成路径和机制提供理论依据，实现传统虾酱的质量调控和保证。

主要结论

本研究应用了高通量测序、代谢组学和风味组学分析技术建立传统虾酱发酵过程中风味物质与细菌群落及关键代谢产物之间的潜在关联机制，共鉴定出虾酱发酵过程中17种关键挥发性香气成分，包括4种醇、2种酮、1种酯、2种硫化物、1种胺、5种吡嗪和2种醛，这些挥发性化合物可能对虾酱风味的形成做出了较大贡献。

此前的大量研究认为发酵过程中菌群的演替导致了大量风味物质的生成，然而本研究中发现虾酱发酵过程中的菌群多样性较为单一，四联球菌的相对丰度在整个发酵过程中占据了绝对主导地位，推测菌群主要作用于发酵的前期，与虾酱原料中的蛋白酶和脂肪酶共同参与了大量蛋白质和脂质的水解，生成的肽、氨基酸及脂肪酸作为风味物质的前体进一步反应生成挥发性风味物质。本工作认为：虾酱的整个发酵过程似乎是一个大型美拉德反应的过程，核苷酸降解主要提供了核糖等还原糖，核糖与其他还原糖与肽和氨基酸之间发生缩合反应完成了美拉德反应的第一阶段；蛋白质、肽、氨基酸、脂质和脂肪酸的氧化降解产生了大量的风味物质和风味中间体，如醇、醛、酮等，为美拉德反应的进行提供了底物，同时美拉德反应的第二阶段糖被降解并伴随着醛、酮和胺类等物质的生成；美拉德反应最后一个阶段导致了大量风味物质的生成，在这一阶段，氨基化合物经历脱水、分解、环化和聚合，生成一系列芳香族化合物，包括酮类、醛类、醇类等，氨基酮经异构为烯胺醇后再经环化形成吡嗪类化合物。

综上所述，本研究初步阐释了虾酱的风味形成机理，为其他发酵产品的风味分析提供了理论基础。但是具体风味中间体的作用和形成途径尚不清晰，需要进一步研究发酵过程中生成的关键风味前体、中间体以及其生成途径和关联性，以期通过对中间体的调节来调控发酵过程，在提高发酵效率的同时稳定产品风味。

资助信息：

该项目得到了国家重点研发计划（2019YFD0901903）和河北省现代农业产业技术体系创新团队项目（HBCT2018170207）的支持。

检索网址：

https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.112585

作者简介

高瑞昌  教授

江苏大学食品与生物工程学院

高瑞昌，江苏大学食品与生物工程学院教授，博士生导师，国家现代特色淡水鱼产业技术体系执行专家组成员、岗位科学家，江苏省“333工程”和“六大人才高峰”高层次人才，江苏大学“青年教师骨干学术带头人”，江苏省科技副总，江苏大学食品生物工程与智能装备方向带头人。研究领域主要为水产品加工与贮藏，在水产品风味化学、蛋白质化学、保鲜、生物加工等。主持和参与国家自然科学基金区域重点、面上基金等各类项目20余项。在《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》、《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》、《Trends in Food Science & Technology》、《Food Hydrocolloids》、《Journal of Agriculture and Food Chemistry》、《Food Chemistry》、《Food & Function》等国内外期刊发表论文160多篇，其中被SCI和EI收录120多篇。主编高等学校通用规划教材《食品化学》1部，参编通用教材5部；授权国家发明专利17件，申请国家发明专利38件，申请PCT专利5件，授权美国、日本专利各1件；获江苏省科技进步奖等奖励5项。中国生物工程学会理事，中国食品科技学会青年委员会委员，《Food Biotechnology International》、《 Food Science of Animal Products》、《未来食品科学》、《肉类研究》编委和《食品科学》青年编委。

李 影

江苏大学食品与生物工程学院

李影，女，工学硕士，主要研究内容为食品风味化学及发酵水产风味质量控制，参与“蓝色粮仓科技创新”国家重点研发计划“水产品高质化生物加工新技术与产品开发”子课题一项，主持江苏省研究生实践创新计划项目一项,发表SCI论文2篇（中科院1区），申请国家发明专利2件，PCT专利1件。

转自：“未来食品科学研究”微信公众号

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