Food Chem. :X|内蒙古农业大学孙志宏研究员：不同来源乳酸乳球菌乳亚种对发酵乳中挥发性代谢物的影响

发酵乳制品是一类独特、营养丰富且有益的酸性凝乳类产品，这些产品来自牛乳和乳制品，通过乳酸菌促进发酵过程。在发酵微生物群落中，乳酸菌菌株因其各种益生菌特性而脱颖而出，这些特性可以赋予发酵乳生产益生菌功能。传统上，德氏乳杆菌保加利亚亚种和嗜热链球菌经常被用作发酵乳的发酵剂。这2种菌在牛乳发酵过程中产生的代谢产物可以促进彼此的生长，有助于发酵乳制品中必需风味物质的形成。

发酵乳制品的风味主要来源于一系列复杂的微生物和生化变化，生化变化分为初级（糖酵解、蛋白水解和脂肪分解）和次级（氨基酸和脂肪酸的代谢）。牛乳中糖、脂肪和蛋白质的分解和代谢通过发酵菌株及其酶，例如各种酶将乳糖转化为乳酸，同时产生半乳糖，还产生低聚糖、多糖、乙醛、二乙酰、丁酮和丙酮等调味物质；脂肪酶催化甘油三酯水解，释放具有低感知阈值的短链游离脂肪酸（free fatty acid，FFA）；蛋白质水解通过促进牛乳基质中脂质化合物的释放和提供FAA作为各种芳香族化合物生物合成的前体，直接影响发酵乳制品风味。FAA和其降解参与乳酪成熟过程中次级生化过程，导致各种挥发性物质产生，包括酯类、内酯类、酮类和挥发性含硫化合物。

发酵乳的独特风味和质地是由发酵过程中使用的细菌菌株塑造的。乳酸乳球菌乳亚种（Lactococcus lactis subsp. lactis）是该属中最具代表性的菌株，因其对各种发酵食品的生产具有重要作用而受到认可，包括乳酪、发酵乳和酸菜等。由于其特殊的酸和香料生产特性，它在塑造最终产品风味、质地和酸度方面起着关键作用。因此，有必要了解不同来源的乳酸乳球菌乳亚种对牛乳发酵过程中代谢物产生的影响，这将有助于筛选具有特定发酵特性的菌株。

内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室、农业农村部奶制品加工重点实验室、内蒙古乳品生物技术与工程重点实验室的Yu Xia等以不同分离来源（酸乳(SF)组、马乳酒(KF)组和山羊酸乳(GF)组）的乳酸乳球菌乳亚种作为发酵剂。采用顶空固相微萃取气相色谱-质谱联用（headspace solid phase microextraction gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）分析发酵乳的挥发性代谢产物，以研究不同分离来源的乳酸乳球菌乳亚种对发酵乳挥发性代谢产物的影响。通过鉴定表现出优良发酵性状的乳酸乳球菌乳亚种，有望加速发酵乳制品研究的进展。

主成分分析（principal component analysis，PCA）结果显示，根据分离的来源，样品清楚地分为3 个簇；偏最小二乘判别分析（partial least squares discriminant analysis，PLS-DA）进一步区分了3 组之间的代谢差异。结果表明，不同分离株生产的发酵乳中挥发性代谢产物的结构和丰度存在显著差异（R²_Y＝0.96，Q²＝0.88）。

（a） PCA结果；（b）PLS-DA结果；（c）热图和聚类分析结果。

图1  发酵结束时不同分离株的挥发性代谢组学特性

SF组和KF组样品的PCA和正交偏最小二乘判别分析（orthogonal partial least squares discriminant analysis，OPLS-DA）结果显示出有明显的分离趋势.共鉴定出8 种显著差异代谢产物，其中6 种挥发物在KF组中表现出比SF组更高的水平，其中包括 2 种醇类化合物、2 种羧酸、1 种酮类化合物、1 种甲醛化合物和1 种芳香烃。这些结果表明，与从酸乳中分离的乳酸乳球菌乳亚种相比，从马乳酒中分离得到的乳酸乳球菌乳亚种更有利于酒精代谢产物的产生。

（a）PCA结果；（b）OPLS-DA结果；（c）PLS-DA结果；（d）挥发性代谢物的热图。图3～4同。

图2  发酵结束时SF组和KF组发酵乳中挥发性代谢物的比较

结果表明，共鉴定出16 种显著差异代谢产物。GF组中存在14 种挥发物，与SF组相比含量更高，包括7 种酮类化合物、3 种醛类化合物、1 种醇类化合物、2 种羧酸和1 种酯类化合物。从山羊酸乳中分离出的乳酸乳球菌乳亚种比从酸乳中分离出的更能促进酮和醛代谢产物的产生。

图3  发酵结束时GF组和SF组发酵乳中挥发性代谢物的比较

结果表明，共鉴定出13 种显著差异代谢产物。GF组中11 种挥发物的含量高于KF组，其中包括6 种醛类化合物、3 种酮类化合物、1 种醇类化合物、1 种羧酸。这些结果表明，从山羊酸乳中分离出的乳酸乳球菌乳亚种比从马乳酒中分离出的更有利于醛和酮代谢产物产生。

图4  发酵结束时GF组和KF组发酵乳中挥发性代谢物的比较

   与SF和KF组相比，GF组有2 条代谢途径丰度较高，即缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成，以及缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解。羊酸乳分离株显著增加了挥发性代谢物。

（a）韦恩图；（b）PLS-DA结果。

图5  SG组和GK组差异代谢物比较

构建10 种重要挥发性代谢物的代谢途径，结果显示，这些物质在GF组中含量更高。

图6  发酵结束时重要挥发性代谢物的代谢途径

本研究表明，乳酸乳球菌乳亚种的分离来源可以显著影响乳品发酵过程中挥发性代谢产物的产生，对乳品发酵剂的选择有重要意义。代谢组学数据为不同菌株对风味形成的影响提供了有价值的见解，并指导菌株在发酵乳制品中的靶向应用，以增强发酵乳制品的香气。