巴商酸菜在不同月份发酵过程中微生物群落多样性和风味物质的变化

　　Bashang Suancai自然发酵中不同月份的温度变化显著影响微生物群落和挥发性风味化合物。研究发现高温月份（七月和八月）促进有益菌（如Lactiplantibacillus）增殖，降低病原菌（如Vibrio）数量，并形成更多风味物质（如异硫氰酸酯类）。HS-SPME-GC-MS和Illumina测序技术揭示温度通过调控菌群结构影响风味，为产业化提供理论支持。

　　
本研究聚焦传统发酵食品 Bashang Suancai（北方酸菜）在不同月份自然发酵过程中微生物群落与挥发性风味化合物的动态变化，通过高通量测序和气质联用技术（HS-SPME-GC-MS）揭示温度对发酵品质的影响机制。研究选取河北康保县当地居民传统家庭发酵方式，在6月、7月、8月、9月分别进行为期3天的自然发酵实验，采集发酵液和腌制白菜样本，结合微生物组学分析、功能预测和风味物质关联研究，系统解析了季节性温度变化对发酵过程的关键调控作用。

### 一、微生物群落多样性特征
通过Illumina NovaSeq测序技术对15个样本（5个处理组，每组3个重复）的16S rRNA基因进行测序，共获得有效 reads 1,070,506条。基于97% OTU聚类标准，各样本 OTU数从210到2,361不等，Alpha多样性分析显示发酵组较未发酵组（对照组）的物种多样性显著提升（ACE指数提高1.2-3.8倍，P<0.05），其中 Shannon指数最高达3.82（8月组），较对照组提升47%。Beta多样性分析通过主坐标分析（PCoA）和PERMANOVA检验显示，7月与8月发酵组菌群相似度达89%，而6月组与9月组在Cyanobacteria（蓝菌门）和Proteobacteria（变形菌门）构成上存在显著差异（P=0.001）。

### 二、优势菌群动态变化
在门水平上，Firmicutes（厚壁菌门）、Proteobacteria（变形菌门）和Cyanobacteria（蓝菌门）构成主要菌群。其中：
1. **Firmicutes**（厚壁菌门）在发酵组中占比达66.16%（8月组），较对照组提升23.4%，以Lactiplantibacillus（乳杆菌属）和Weissella（魏斯菌属）为主，高温（7-8月）下Lactiplantibacillus丰度达36.04%-55.86%，成为主导菌属。
2. **Proteobacteria**（变形菌门）在6月组（52.11%）和9月组（19.20%）中占比突出，其中Vibrio（弧菌属）在6月组达52.11%，但7-8月组因高温抑制降至0.11%-6.53%。
3. **Cyanobacteria**（蓝菌门）在未发酵组占比56.77%，发酵后均下降至2.80%-19.18%，表明发酵过程有效抑制蓝菌增殖。

菌群功能分析显示，高温（7-8月）组Aerobic（需氧代谢）和Anaerobic（厌氧代谢）功能菌群丰度分别达68.9%和72.3%，显著高于6月（45.6%）和9月（58.2%）组。值得注意的是，8月组的Ruminococcaceae（瘤胃菌科）丰度达12.7%，可能与纤维素降解相关。

### 三、挥发性风味化合物特征
通过HS-SPME-GC-MS鉴定出205种VFCs，其中：
- **硫醚类**（Sulfurs）占比最高（38.7%），7月组达42.3%；
- **酯类**（Esters）次之（22.4%），9月组达29.8%；
- **醛酮类**（Aldehydes & Ketones）占比16.9%，其中8月组1,8-桉叶酮（Cineole）含量达1.24%，较对照组提高3.2倍。

关键风味物质VIP（>1.0）分析显示：
1. **Erucin**（芥子醇）：7月组含量达0.78%，与Lactiplantibacillus丰度呈正相关（r=0.911）；
2. **Allyl Isothiocyanate**（芥子油硫苷）：8月组峰值达1.25%，与Pediococcus（乳酸菌属）存在强正关联（r=0.930）；
3. **1-isothiocyanato-3-(methylthio)-propane**（丙硫异 thiocyanate）：9月组含量达1.48%，与Vibrio弧菌负相关（r=-0.714）。

### 四、菌群-风味关联机制
Spearman相关性分析（|r|>0.7）揭示：
1. **Lactiplantibacillus**：与Alcohols（醇类）、Sulfurs（硫醚类）、Ketones（酮类）等76种化合物呈正相关（r=0.711-0.939）；
2. **Pediococcus**：主导酯类（如甲基4-甲硫基丁酸酯）生成，与13种VFCs相关（r=0.697-0.930）；
3. **Vibrio**：抑制苯乙醛（Benzaldehyde）和2-己烯醛（Hexanal）生成（r=-0.725至-0.883）；
4. **Enterobacter**：促进Furan（呋喃类）和Aldehydes（醛类）合成（r=0.734-0.939）。

### 五、温度效应与产业化启示
研究证实7-8月高温（月均温18-23℃）是发酵最佳窗口期：
1. **菌群调控**：高温促进Lactiplantibacillus（乳杆菌属）增殖（达55.86%），抑制Vibrio（弧菌属）至0.11%-6.53%；
2. **风味优化**：VFCs总数在8月组达189.6种，较6月组（132.4种）提升44.5%，硫醚类（Sulfurs）和酯类（Esters）分别增加32.1%和28.6%；
3. **安全性提升**：高温组潜在致病菌（Vibrio）丰度降低至对照组的5.8%-13.2%，且Lactiplantibacillus具有天然抑菌特性。

### 六、研究局限性及未来方向
1. **环境干扰因素**：未发酵组（对照组）可能受环境微生物污染影响（如Cyanobacteria占比56.77%），需加强生产环境控制；
2. **代谢通路解析**：需结合16S rRNA测序和宏基因组功能预测，明确关键代谢酶（如β-葡萄糖苷酶）活性变化；
3. **产业化适配性**：建议开发温度梯度发酵装置（4-25℃可调），并建立菌群动态监测体系（如实时荧光定量PCR）。

本研究首次系统揭示北方酸菜（Bashang Suancai）在自然发酵过程中菌群-风味协同演化规律，为传统发酵食品的工业化生产提供了理论依据：在6-9月温度波动范围内，7-8月高温期（日均温>20℃）可最大化发酵效率（VFCs数量提升至189.6种）和安全性（致病菌减少92%以上）。建议后续研究结合代谢组学分析（如LC-MS检测非挥发性化合物）和机器学习预测模型，建立基于菌群指纹和风味谱的Suancai品质分级标准，推动这一非遗食品的市场化进程。