发酵食品风味物质及其相关微生物

张雅卿，叶书建，周 睿，张 晶，刘双平

（江南大学食品学院，江苏无锡 214000）

不同发酵食品有不同风味，如奶制品的酸甜、酱油的鲜美、白酒的辛辣等等，这是不同的原辅料、发酵工艺、优势菌种及主要风味物质造成的。但是它们的发酵过程从微观角度上看却是相通的，即风味物质的生成本质是一样的。

目前已经有诸多研究者利用GC-MS等技术检测出了多种典型发酵食品所含的风味物质，进一步揭开了风味来源的本质，为风味的调控奠定了基础；随着分子技术的广泛应用，人们通过PCR-DGGE 和高通量测序等技术分析发酵中微生物的群落结构；随后，主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）和聚类分析（Cluster analysis,CA）等方法将风味物质与微生物联系在一起；因此，我们能够更加详细地知道风味/异味物质是哪些、源自何处，以及如何调节。

1 传统发酵食品的特征风味物质研究进展

典型的传统发酵食品有食醋、黄酒、腐乳、干酪等，大多采用开放的发酵系统，其发酵过程中涉及复杂的微生物系统，会产生许多对人体有益的活性物质，同时使整体风味提高，但也会产生生物胺等有害物质。为揭示食品发酵过程中的机理，国内学者主要采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱(Headspace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS)联用技术、宏基因组测序等技术对发酵食品的特征风味物质和微生物群落的多样性进行了研究。通过分析不同发酵食品风味物质的多样性、群落结构以及演替规律，有助于揭示其微生物群落的功能和风味物质形成的机理，改善产品品质，为发酵食品的标准化和工业化生产奠定基础。

1.1 传统发酵粮食产品

1.1.1 食醋

食醋是人们日常生活必备的酸味调味品，主要风味物质为乙酸、醛酮和高级醇类等。不同的特征风味物质糅合在一起，赋予了食醋特定的风味和香气，不同的食醋风味也各不相同，山西老陈醋以色、香、醇、浓、酸五大特点享誉“天下第一醋”；恒顺香醋酸而不涩；北京米醋酸中带柔、香气浓郁，研究食醋不同的风味物质对食醋口感的提升有巨大作用。郑宇等[1]采用HS-SPME-GC-MS 对6 个品牌的山西老陈醋进行了分析，结果发现含量较高的成分为糠醛、乙酸乙酯、2,3-丁二酮；采用HPLC 法检测出7 种有机酸，乙酸和乳酸为山西老陈醋的主要酸类。余鸣春等[2]通过GC-MS 测定了5 种恒顺香醋中的挥发性风味物质，结果发现共有成分含量较高的依次为糠醛、乙酸、乙偶姻、乙酸乙酯、四甲基吡嗪、5-甲基糠醛、异戊酸。其中糠醛含量高达23.52 %，对恒顺香醋风味贡献显著，赋予了其木香、焦糖香和烘烤食品的气味[3]。Zhang 等[4]通过HS-SPME-GC-MS 对北京米醋不同发酵阶段的挥发性香气成分进行了测定，结果表明，在米醋不同的发酵阶段香气成分不同。酸和醇为主要香气成分，乙醇、3-甲基丁醇和苯乙醇是酒精化阶段潜在的香气标志物，乙醇含量最高为70%；乙酸和3-羟基-2-丁酮是醋化阶段的代表化合物，乙酸的含量达90%以上。

1.1.2 酒类饮料

传统发酵酒类主要为黄酒、白酒、啤酒等酒种，由于不同的发酵工艺、环境、气候等，不同的酒体的风味也各有不同，传统发酵酒的主要成分为氨基酸、醇类、酸类、酯类、酚类等，对风味物质的研究对提升酒体风味具有重要意义。Chen 等[5]通过气相色谱-嗅觉法（GC-O）和气相色谱-质谱法（GCMS）对黄酒的挥发性风味物质进行鉴定，结果发现，乙酸、3-甲基丁酸、丁酸为主要酸类，赋予了酒体奶酪香味，起到降低刺激等作用；乙酸乙酯为主要酯类物质，赋予了酒体蜜糖甜味；3-甲基丁醇和β-苯乙醇为主要醇类；另外苯甲醛、香兰素、土臭素和γ-壬内酯也对黄酒的独特风味的形成有重要贡献。孙其然等[6]采用GC-MS 对贵州茅台酒进行了测定，结果发现，主要酸类为丙酸；主要酯类为辛酸乙酯、亚油酸乙酯、庚酸乙酯，其中辛酸乙酯贡献尤为突出，赋予了酒体菠萝、苹果香气样的香韵；主要醇类为2-丁醇和糠醇，2-丁醇有类似葡萄酒的气味。冯红艳等[7]采用静态顶空-气相色谱法对啤酒的主要风味物质进行了测定，研究发现，啤酒的主要特征风味物质为乙醛、乙酸乙酯、正丙醇、异丁醇、异戊酯、异戊醇等，其中乙醛对啤酒风味的影响很大，赋予了啤酒生青味，异戊醇是构成啤酒酒体最重要物质，浓度高达126.05 mg/L。齐晓茹等[8]采用HS-SPME-GC-MS 对6 种不同酒龄的红葡萄酒的风味物质进行了测定，结果发现共有风味物质中，主要醇类为苯乙醇，赋予酒体清甜的玫瑰样花香；主要酸类为己酸，带有类似羊的气味；酯类含量较高的为癸酸乙酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、月桂酸乙酯，特别是癸酸乙酯含量很高，赋予了酒梨味果香。

1.2 传统发酵乳制品

传统发酵乳制品种类繁多，典型代表有酸奶和奶酪等。最原始的发酵乳制品是利用乳酸菌以乳糖为原料进行生长代谢，产生各种酶催化乳糖产生各种风味物质，具有营养丰富、易消化、便于储藏等特点。以奶酪为代表，其具有悠久的历史，随着制作过程、配方、熟成程度等因素不同，而拥有丰富多变的口感，通过研究奶酪的风味物质对调控产品品质有巨大作用。

1.2.1 酸奶

刘东等[9]采用HS-SPME-GC-MS 对3 份不同地区的传统发酵白牦牛酸奶和1 份普通酸奶的特征风味物质进行了检测，并测定了挥发性风味物质ROAV 值，结果发现白牦牛酸奶和普通酸奶的风味物质相差较大，乙酸乙酯、2-甲基丁醛、异戊醛为白牦牛酸奶中的主要风味物质，而乙酸乙酯（7.59%～12.59%）为白牦牛酸奶关键性风味物质，赋予了酸奶果酒香味；而乙醛、双乙酰、乙偶姻为普通酸奶的主要风味物质，赋予了酸奶奶油香味。成堃等[10]采用SPME-GC-MS 对蓝莓味酸奶的特征风味物质进行了检测，结果发现风味物质主要为2,3-丁二酮、己酸、乙酸，而2,3-丁二酮（60.90 %）对酸奶贡献比较大，赋予了酸奶奶油香味，且随着发酵时间延长而增长。

1.2.2 奶酪

罗天淇等[11]采用SPME-GC-MS 对宫廷奶酪的特征风味物质进行了检测，结果共发现酸类物质含量最高，占总量的55.7%～64.84%；采用香气活力值（OAV），确定了26种特征风味物质的OVA值，辛醛对奶酪风味和香气的贡献最大，其OVA 值为4.87。马艳丽等[12]采用SPME-GC-MS 对西方奶酪的风味物质进行了测量，结果发现切达奶酪中含有20 种挥发性化合物，脂肪酸类化合物含量最高，占总含量的25.04%，丁酸（9.1%）和乙酸（3.08%）为主要酸类，赋予了奶酪酸臭味和刺鼻性气味。

1.3 传统发酵蔬菜

发酵蔬菜是以新鲜蔬菜为原料，经过乳酸菌、醋酸菌等混合微生物发酵而成的食品，其中含有大量的氨基酸、维生素C 和膳食纤维等营养物质，具有抗肥胖、净肠等功能。张华芳等[13]利用GC-MS对不同发酵时期的芫根泡菜的风味物质进行了检测，结果发现主要醇类物质为乙醇和芳樟醇，乙醇在发酵21 d 时含量达到最高为21.14 %；主要烃类物质为d-柠檬烯，赋予了泡菜新鲜橙子的香气；二烯丙基二硫醚对泡菜的风味贡献尤为突出，在14 d时含量达到了24.65 %，赋予了其大蒜味口感。周相玲等[14]对人工接种和自然接种的发酵蔬菜进行了风味物质的检测与对比分析，研究发现两者的主要氨基酸都为苏氨酸，赋予了泡菜鲜甜的口感；乳酸都为主要有机酸，赋予了泡菜涩感；主要呈味物质都为二烯丙基硫醚，赋予了泡菜大蒜味。

1.4 传统发酵豆制品

发酵豆制品是利用大豆发酵的食品，主要包括腐乳、豆豉和酱油等，其中富含醇、酯、有机酸、氨基酸等有益物质，具有改善肠道机能，预防心血管病等功效，不同的发酵豆制品风味物质差异也很大。刘娜等[15]采用HS-SPME-GC-MS 对3 种红腐乳的特征挥发性风味物质进行了研究，结果发现，共有的挥发性风味物质为23 种，醇类和酯类含量都很高，赋予了腐乳醇香、果香、甜香等口感。其中乙醇、辛酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯、α-水芹烯、茴香脑和2-戊基呋喃在3 种腐乳中含量比较高，为腐乳的主要风味物质。谢兰心等[16]采用SPME-GCMS对黑豆和黄豆发酵的豆豉的挥发性风味物质进行了研究，结果发现2 种样品共有的风味物质为10种，其中苯甲醛和苯乙醛含量比较高，赋予了腐乳苦杏仁味和玫瑰花香味，为豆豉的主要风味物质。王栋等[17]采用SPME-GC-MS 对海天酱油的挥发性风味物质进行了检测，结果发现，其中苯乙醛（11.21 %）为核心挥发性风味物质，赋予了酱油风信子的香味，其次十四烷、月桂酸、十八醛、十六烷、云杉苷含量比较高，组成了酱油的主要挥发性风味物质。

2 传统发酵食品微生物组成研究进展

2.1 传统发酵粮食产品

2.1.1 食醋

在市面上有很多发酵醋类产品，由于微生物群落结构的差异，风味也大不相同，对其微生物群落结构的研究可以更好的了解发酵机制，获得优势菌种，对醋产品的工业化和标准化提供理论基础。Wang 等[18]通过宏基因组学确定了镇江香醋的醋酸发酵过程中微生物群的结构，优势细菌和真菌分别为醋酸杆菌、乳酸杆菌、曲霉和链霉菌，发现细菌比真菌对风味形成的贡献更大，并将醋酸杆菌属、乳酸杆菌属、脱水杆菌属、乳球菌属、葡萄糖醋酸杆菌属、芽孢杆菌属、葡萄球菌属等7 个属确定为镇江香醋功能性核心菌群。张娇娇等[19]利用高通量测序对红曲米醋制曲微生物组成进行了分析，研究获得32 个菌株，主要真菌为酵母属、红曲霉属和曲霉属，且随时间延长，曲中的优势真菌逐渐由酵母属、红曲霉属变为曲霉属。细菌优势菌为乳酸菌。

2.1.2 酒类饮料

传统发酵酒类主要以淀粉为原料，经过淀粉糖化和酒精发酵两个过程发酵而成。由于系统相对开放，多种微生物共同参与其中，在淀粉酶、酒化酶等作用下产生酒精。而好酒窖经过时间的积累，有益微生物不断富集纯化，酿出的酒体风味香浓。为了更好的了解其发酵机理和产香机制，做到对发酵酒类的品质把控，对酿酒微生物群落的研究尤为重要。Huang等[20]通过高通量测序技术对传统武夷红曲糯米酒的核心功能菌群进行了研究，结果表明乳酸杆菌、芽孢杆菌、亮葡菌、乳球菌、拉乌尔氏菌、葡萄球菌、足球菌、魏斯氏菌、酵母菌等是传统发酵过程中的核心菌种。且细菌和真菌群落在不同的发酵阶段均存在显著差异，在最初的酿造阶段为芽孢杆菌属、葡萄球菌属等，但其种群随着发酵的进行而减少，在发酵结束（46 d）时乳酸杆菌属、葡萄糖杆菌等演替为优势菌种。李路等[21]研究了黄酒发酵剂-红曲和白曲的微生物群落组成，红曲的优势菌种为魏斯氏菌属、芽孢杆菌属、黄曲霉和紫红曲霉等，而白曲中的优势菌种为肠杆菌属、泛生菌属、魏斯氏菌属、少根根霉、印度毛霉和酿酒酵母等。孙利林等[22]采用高通量测序技术对酱香型白酒酿造过程中的真菌多样性进行了研究，结果表明，酒曲中的优势菌种主要为曲霉属（64.43%）和嗜热子囊菌属（27.79 %），为后续的堆积糖化发酵发挥着重要的作用；窖内发酵酒醅的微生物多样性最高，优势菌种为曲霉菌属（52.89 %）和嗜热子囊菌属（19.49%），与酱香风味产生有密切关系。

2.2 传统发酵乳制品

发酵乳制品以乳类为原料，经过乳酸菌、酵母菌等发酵制成，以奶酪、酸奶等最具代表性。在发酵过程中微生物相互作用，将原料分解成人体易于吸收的小分子，提高了其营养价值。

2.2.1 酸奶

玛依乐·艾海提等[23]采用高通量测序对传统发酵酸奶微生物群落组成进行了检测，结果发现，乳杆菌属和链球菌属为主要的优势细菌，酵母菌属和克鲁维酵母属为主要的优势真菌。张敏等[24]采用高通量测序对酸牛奶、酸驼奶和酸马奶中微生物群落组成进行了检测，结果发现，酸牛奶的优势菌属为乳杆菌属和链球菌属；酸驼奶的优势菌属为乳杆菌属和乳球菌属；酸马奶的优势菌属为乳杆菌属、乳球菌属和醋杆菌属。乳杆菌属为3 种酸奶中共有的优势菌属，但所占比例各不相同。

2.2.2 奶酪

Zheng 等[25]对哈萨克手工奶酪的微生物群落进行了分析，研究发现乳酸菌、链球菌、克鲁维酵母菌和饱圆酵母菌是奶酪的主要菌种，且细菌比真菌对风味形成的贡献更大；并基于其主要风味物质的产生和微生物群落的功能，确定了8 个细菌属和7 个真菌属作为风味生产的功能性核心菌群。王春艳等[26]采用高通量测序技术研究了新疆伊犁牧区传统手工奶酪，研究发现奶酪中存在493 种细菌属和780种细菌种，优势细菌属为雷尔氏菌属，优势乳酸菌属为乳杆菌属，瑞士乳杆菌为奶酪中的优势乳酸菌种。

2.3 传统发酵蔬菜

菌种对发酵蔬菜的风味起到了至关重要的作用，发酵群落结构不同，发酵蔬菜口味也大不相同，其风味物质的变化与微生物的代谢密切相关，因此对发酵蔬菜的微生物群落结构进行研究，能更好的提高产品品质。Peng 等[27]采用高通量测序来描述海南省发酵蔬菜微生物群的多样性，研究发现其核心菌群为发酵乳杆菌，戊糖乳杆菌和魏氏杆菌。燕平梅等[28]采用PCR-DGGE 指纹图谱技术研究了9种市售发酵蔬菜，发现植物乳杆菌广泛存在于所有的发酵蔬菜中，消化乳杆菌和短乳杆菌为酸菜的优势菌群，弯曲乳杆菌和短乳杆菌为泡菜的优势菌群，食用糖乳杆菌为酱菜的优势菌群，弯曲乳杆菌为浙江榨菜优势菌群。

2.4 传统发酵豆制品

大豆中含有难以被人体吸收的植酸、抗原蛋白等抗营养因子[29]，而豆制品发酵过程中通过微生物的相互作用，可以将难以吸收的大分子物质分解，从而增加其营养价值，而通过对发酵微生物群落的研究能更好改善其营养价值，保证产品品质的稳定。刘亚栋等[30]利用高通量测序描述了22 个腐乳的微生物多样性，研究发现棒状杆菌属、鞘氨醇杆菌、Wautersiella、Rummelii bacillus、盐厌氧菌属、四联球菌属、不动杆菌属和假单胞菌属为腐乳的优势菌群。李晓然等[31]利用高通量测序检测了云南豆豉中微生物群落多样性，研究发现乳酸杆菌属(总序列的72%)和芽孢杆菌属（总序列的8%）为优势菌群。耿予欢等[32]采用PCR-DGGE 指纹图谱技术对酱油中微生物多样性进行了研究，优势菌群为魏斯菌属、类肠膜魏斯菌、费氏柠檬酸杆菌、肠杆菌属、产气肠杆菌、嗜盐四联球菌和非培养的肠杆菌属。

3 风味物质与微生物的相关性数据分析方法

传统发酵食品中微生物的种类丰富，各种微生物代谢产生的风味物质也数目繁多，因此研究风味物质与微生物的相关性对传统发酵食品的发展有着重大的意义。目前在分析风味物质与微生物的相关性常用的方法有：主成分分析法（Principal Component Analysis,PCA），聚类分析（Cluster analysis,CA）和偏最小二乘法回归分析（Partial least squares regression,PLS），岭回归分析（Ridge Regression），正交偏最小二回归乘法回归分析（OPLS）[33]等。

3.1 主成分分析

主成分分析的应用十分广泛，其主要目的是对高维数据进行降维处理[34]，它将原来互相具有相关性的众多数据，重新组合为不具相关性的一组综合指标。其处理方法是将原来的P 个指标进行线性组合，作为新的一个综合指标，通常选取一个线性指标F1，以其方差Var(F1)表示，若第一主成分不足以表示原来所有指标所蕴含的信息量，则再选取第二主成分（F2），此时需要Cov(F1，F2)=0，依次类推至第P 个主成分（Fp）[35]。在研究发酵食品风味物质与微生物相关性时，在将所有的指标标准化之后，选取少量主成分，进行主成分分析，通过各主成分的贡献率，从而分析出微生物与风味物质之间的相关性。该方法目前被广泛运用于传统发酵食品的品质分类以及风味分析等方面[36]。

3.2 聚类分析

聚类分析是一种简化数据的方法，其实质是将物理的或者抽象的对象，在相似的基础上进行分组，从而分成由相似对象组成的多个类的过程，同类中的对象应该具有很大的相似性，而不同类的对象应该有很大的相异性。聚类与直接分类的区别在于聚类所要求划分的类是未知的，因此聚类分析是一种探索性的分析，使得聚类分析可以从样本数据本身的变化规律出发，根据研究对象的特征进行自动分类。如姜元华等[37]在研究酵母品种与披萨面胚品质的相关性时，通过聚类分析将5 种酵母分为了4 类。赵加茜、朱卫丰等[38]在研究发酵虫草菌粉氨基酸含量差异时，通过聚类分析将16 种氨基酸聚为5 类，随机选择其中的5 个变量能够准确反映发酵虫草菌粉氨基酸的质量，能够有效区别不同发酵虫草菌粉类产品，结合主成分分析和聚类分析能够客观评价发酵虫草菌粉类产品的质量。

3.3 偏最小二乘法回归分析

偏最小二乘法是主成分分析法所产生的衍生物，故PLS 集主成分分析、相关性分析以及回归建模3 种分析方法为一体，是一种十分便利的多元数据分析方法[39]。偏最小二回归乘法是一种多因变量（Y）对多自变量（X）的回归建模方法，相比较于普通多元线性回归方法，PLS 能更大限度的利用全部数据信息，其在完成回归建模的同时还完成了对数据结构的简化[40]。在传统发酵食品中，由于微生物菌群数量繁多，各种微生物合成代谢机制复杂，一般的回归分析方法很难分析出风味物质与微生物之间的相关性。在现代分子测序技术的快速发展下，人们才得以通过PLS 等方法对此进行研究。如Liu 等[41]在焦磷酸测序技术的基础上结合偏最小二乘回归分析法，证明了黄酒的发酵过程是一个与十多个属相关的多菌株共发酵过程，Liu等人在发酵过程中共鉴定出64 种挥发性化合物。王洪伟等[42]通过GC-MS 法结合PLS 法，在烟熏腊肉中共鉴定出6 种愈创木酚类和6 种烷基酚类，确定了酚类化合物是烟熏腊肉的关键性风味物质。肖作兵等[43]研究甜橙油中风味物质相关性时，通过GC-MS 法及感官评价，结合PLS 法得出柠檬烯、己醛等15 种物质是甜橙油中的主要风味物质。

3.4 岭回归分析

岭回归分析的实质是偏最小二乘法的改良方法，主要用于处理共线性的数据分析处理，岭回归方法舍弃了偏最小二乘法所具备的无偏性特征，通过对部分病态数据的舍去，使得到的回归数据更加偏向实际，但同时其精度也有所降低。在数据中含有较多病态数据或存在共线性问题时，岭回归方法通过舍弃无偏性，使得回归分析结果具有较大的实用价值[44]。郑蓉建等[45]通过岭回归方法检测谷氨酸发酵产物浓度，在保证模型精度的前提下优化了模型结构，降低了模型复杂度。

3.5 正交偏最小二回归乘法

正交偏最小二回归乘法是为了解决PLS 方法中提取的成分解释能力不均匀的问题而产生的，通过先用正交信号修正法将数据中的正交分量进行过滤后，再运用PLS 法进行建模，使得模型具有更好的解释能力及预测能力，提高了模型的解释度以及透明度[46]。在研究风味物质与微生物相关性时，可通过O2PLS 模型对微生物相对丰度及风味物质含量进行相关性分析，可得出二者之间的相关性的重要性指标(VIP(pred))，选择VIP(pred)含量较高的微生物与风味物质进行相关性分析，从而得出微生物与风味物质之间的相关性。

4 传统发酵食品中主要的异味物质及产异味微生物

传统发酵食品一直因为其独特的风味而深受全世界各国消费者的喜爱，发酵食品的产味物质有醇、酯、醛、酮、酸、硫化物、呋喃、酚等各类化合物，这些化合物构成了发酵食品独特的风味[50]。然而，在发酵过程中还会产生一些不良风味，当其中的某些具有不良风味的物质超过一定剂量时，便会产生异味。目前传统发酵食品中主要的异味物质有醇类、硫化物、醛类、多肽和氨基酸（表1）。

4.1 醇类

醇类是糖、氨基酸等成分在霉菌、酵母菌、细菌等微生物的作用下生成的。在食品发酵过程中，由氨基酸分解所产生的各种醇类物质如正丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇等，都会使食品呈现出苦味，正丁醇苦味较小，正丙醇苦味较重，还会产生具有刺激性的青草味和辣味，异丁醇苦味极重。此外，由酵母代谢产生的酪醇，在其含量较低时会带来柔和的香气，但其含量升高时会带来重而长的苦味[56]。

4.2 硫化物

食品中的硫化物主要是由于微生物的次级代谢反应产生的，如在酒发酵过程中的硫化氢是由酵母的硫代谢反应产生的，二甲基硫是通过酵母还原二甲基亚砜产生的。此外光化学反应、热化学反应也会导致硫化物的生成。挥发性硫化物是十分重要的一类呈味物质，但其在食品中的阈值一般较低，不同的硫化物在食品中呈现出不同的气味特征，硫化物能产生如香草味、果味等有益的风味，但也会产生很多异味，如硫化氢呈臭鸡蛋味，硫醇呈辣萝卜味[57]。此外还有一些硫化物如二甲基硫在含量较低时可增强口感，但其含量超过阈值时呈腐烂蔬菜味。

4.3 醛类

乙醛是酒类中主要的醛类，也是酸奶中主要的香气物质，但其含量过高时，会产生辛辣的青草气味，乙醛是酵母把糖转化为乙醇时产生的中间产物，在乳酸菌产乳酸过程中，乙醛也可由核酸、氨基酸、丙酮酸代谢产生[58]。除乙醛外，丙烯醛具有辛辣的臭气，且对人体健康有严重损伤，丙烯醛是最简单的不饱和醛，可通过多不饱和脂肪酸氧化，氨基酸降解等途径产生，丙烯醛在面包、奶酪及酒精饮料等发酵食品中含量高于一般食品[59]。

表1 传统发酵食品的主要异味物质

4.4 多肽

发酵食品的原料往往都含有大量的蛋白质，因此在发酵过程中不可避免的有肽的产生，尤其是由粮食谷物酿造而成的酒类，其中含有大量的肽，而大部分的肽都是苦味肽。如在奶酪发酵过程中会有一些不良风味物质的产生，主要便是由苦味肽引起的，在蛋白质水解后，肽链中的苦味氨基酸或短肽便暴露出来，接触味蕾从而产生苦味[60]。

4.5 产异味微生物

在发酵体系中，产异味的物质可能有酵母菌、乳酸菌、醋酸菌、霉菌或其他杂菌等。如酵母代谢途径中，酪氨酸产生的酪醇，产生了重而久的苦味；酵母在合成缬氨酸途径中，由于一部分ɑ-乙酰乳酸泻出酵母外，进行氧化脱羧反应产生的双乙酰，在啤酒中视为生青味的主要呈味物质[61]。在葡萄酒发酵过程中，乳酸菌对氨基酸的脱羧作用，会产生如组胺、腐胺和尸胺之类的生物胺，从而产生一种“鼠臭味”[54]；在发酵乳中，由乳糖经过糖酵解途径产生的丙酮酸是重要的中间产物，丙酮酸可以在丙酮酸脱羧酶的作用下生成乙醛，从而产生辛辣的青草气息。醋酸菌是公认的葡萄酒腐败微生物，它能将乙醇氧化为乙酸从而产生具有刺激性的酸味[62]；此外醋酸菌在缺少糖原的情况时，会将乙醇氧化成乙醛，从而产生异味。霉菌是发酵食品产生霉味的主要原因。发酵时若感染杂菌，导致发酵异常时，会产生丙烯醛，呈现出刺辣味，且带有浓重的持续性苦味。

5 传统发酵食品风味物质的调控方法

传统发酵食品的原料大多富含蛋白质、脂肪等营养物质。这些物质本身，或经特殊加工如热处理等后本就会呈现部分风味[63]；而食品的发酵环境大都富含多种微生物，因此，发酵体系中存在由各类微生物产生的复杂酶系，这些酶会将营养物质分解转化为风味前体物质；再结合微生物本身的其他代谢产物，后期发酵中，所有物质之间错综反应，产物复杂，呈现特别的风味。

5.1 酒精饮品

酒类饮品的风味决定于醇、醛、酸、酯等物质。这些物质的含量比或浓度高低决定了酒体的风味，甚至决定该产品是否无毒害。由于生化反应的复杂多变，各物质相互牵制，含量变化息息相关，因此通过探究整个风味物质的代谢途径可以从根本上指导风味物质的调控。

乙酸是酒类重要的呈味物质，而一些高级醇和乙醛在含量过高时有害人体健康，有研究通过强化乙酸的合成或外加乙酸从整体上达到调控醇、醛、酸、酯等风味物质生成的目的，适当增加了乙酸的含量，减少了酿酒酵母高级醇及乙醛等微量风味物质的生成[64]。在针对樱桃酒酒品优化的研究中，证明发酵工艺条件中的温度、pH值、SO2及酵母添加量等分别与不同特征风味物质含量成正（负）相关[65]。

因此，通过改变发酵条件或外加某种化合物均可影响到整体风味物质的代谢途径，进一步达到控制风味物质含量的目的。

5.2 乳制品类发酵食品

微生物菌群及其代谢途径是发酵工艺的核心，除了原料乳质量和发酵工艺条件的控制，掌握发酵过程中微生物的代谢途径对风味控制具有重要作用。以酸奶为例，其主要风味物质如乙醛、双乙酰等是由乳酸菌的糖酵解产物乳酸通过进一步的代谢反应生成的。有研究详细论述了双乙酰、乙醛的生成途径及调控方法，并简述了通过此种调控方式改变这两种风味物质的产量从而达到改善乳品风味的目的[66-67]。

上述调控部分风味物质的方式有一定效果，但若根据需要任意改变风味则会受到限制。为了确定各风味物质的代谢途径，最根本的方式是清楚它们的基因及表达。然而由于发酵中微生物种类的复杂多样，是无法得知每种微生物的代谢途径并将它们联系在一起的。利用宏基因组学的技术便能够简化这个问题。改变环境条件以控制基因的表达即可达到调控风味物质含量的目的。有研究[68]将基因表达、风味物质代谢以及优势菌群密切结合，全面论述了多组学技术联用在乳品风味代谢调控中的应用。一项关于瑞士奶酪风味调控的研究中，利用宏基因组学技术证明温度的高低及催熟的时长能够影响相关基因的表达，从而改变该种奶酪的风味[69]。

针对传统发酵乳品的调控，将更大程度倾向确定微生物功能基因表达与风味物质代谢途径间的联系，这也同样适用于其他发酵食品。

5.3 豆制品类发酵食品

豆制发酵食品的风味亦取决于微生物的代谢活动以及酶催化的反应。以传统发酵豆酱为例，其风味物质形成主要受到原料、发酵菌种、制曲酶系等内部因素，以及紫外线照射、pH 值和温度等外界条件的影响。这些因素与微生物代谢和酶反应联系密切，因此可利用其进行风味调控。原料中加入有益发酵的辅料如小麦，小麦麸皮中富含的亚油酸[70]等物质可参与酯类物质形成，能够强化后期小分子风味物质的生成，从而达到风味优化的目的。

发酵豆酱的风味物质中，通常酯类物质最为丰富，所以酯类物质对最终风味的影响十分重要。刘超兰等[71]在关于豆瓣酱的研究中使耐盐性乳酸菌与酵母菌协同作用，发现随着陈酿进行，耐盐性乳酸菌成为优势菌，且其代谢产物和来自于酵母菌的乙醇能够抑制杂菌、促进酯化、形成更多呈味氨基酸。

5.4 调味品类发酵食品

调味品的种类最为繁杂，包括食盐、酱油、食醋、蚝油等等，且大多数豆制品如豆豉、豆瓣酱等也都属于调味品。酱油和食醋可以归为典型的发酵型调味品。

酱油由豆类发酵而成，氨基酸是其重要的营养及风味物质。除上述针对豆制品的风味调控方法外，还可以利用生物、化学甚至物理手段来提高发酵中的酶活或者减少一些挥发性风味物质的损失。添加一些酶制剂如γ-谷氨酰转肽酶，能够促进相关反应（γ-谷氨酰化合物水解等）进行，以提升酱油的鲜味；或者加入甜味剂等可以满足人们感官需求的香辛料[72]。有研究表明，在酱油发酵过程中进行超高压处理可以提高酱曲蛋白酶的活性，从而有益于呈味氨基酸的形成[73]。

Wang 等[18]利用宏基因组学技术，筛得到镇江香醋中与风味物质密切相关的核心菌群；Jiang等[74]找出了红曲霉醋中重要呈味物质与优势菌群之间的相关性，有了这些关系网络，对于风味的调控也就有了进一步的方向。由于调味品原料来源的多样性，针对其风味调控的方法也更为丰富，但始终不能够脱离对于微生物代谢途径及风味物质基因表达的研究。将基因表达这种微观表征与发酵工艺等宏观条件越是和谐的联用在一起，效果则越好。

5.5 泡菜类发酵食品

泡菜因其口感独特，深受消费者喜爱。它是以蔬菜为原料经由密闭发酵而制成的发酵食品。这类食品发酵过程常常出现在家庭当中，发酵的卫生条件对发酵结果的影响较大，因此需要格外注意控制。

如果能够利用测序技术找出其优势菌群[75]，并构建核心微生物菌群代谢的途径，那么可以借此筛选、培养并利用具有功能优势的菌种。这样不仅能够得到更高质量的蔬菜发酵制品，还能达到抑制不利菌生长的目的；如若筛得新的有益菌种，还可以突破原有风味和口感，创造更多可能性。张先琴等[76]对中国四川地区的泡菜制品进行了详细研究，发现一种植物乳杆菌在该地的泡菜发酵中起到重要作用，不仅使这种特色泡菜具有更好的色香味，还明显抑制了其中亚硝酸盐的生成。

发酵食品的风味物质调控是通过物理学、化学及生物学等理论知识综合应用实现的。虽然风味物质生产调控可以在发酵工艺中的每一步进行，即可通过改善每一步操作实现，但其核心的手段是通过了解微生物菌群状态、利用宏基因学技术建立风味物质代谢途径，从根本上调控以得到更受人们欢迎的风味和口感。

5.6 传统发酵食品的异味控制方法

异味并不指某种特定的味道，而是人们品尝时，所得的与固有的香、味对比之下不协调的味道。为满足人们对食品的感官需求，需要找到合适的调节方式来控制异味的产生。异味产生的原理和香味如出一辙，不同点在于是否受人们欢迎。有产生香味的物质，就有产生异味的物质；且一些呈味物质由于浓度高低可产生不同味道；多种物质之间的配比或复杂的相互作用亦影响着最终味道的呈现。因此产生香味和异味的物质难以彻底区分。

有研究综合分析了白酒中可能产生的各类型异味物质（苦味、涩味、糠味、霉味等）及预防措施。该研究表明，酒类饮品的异味控制主要从原辅料合理选择与配比、发酵各工艺严格控制卫生合格、产品创新调配方式等3 个方面控制酒的异味产生以改变酒的品质[77]。白酒发酵过程中会产生窖泥臭的具体物质为4-甲基苯酚（p-cresol PC），针对此类臭味物质，有专利提出通过生物手段，即控制发酵菌种（加入功能菌抑制同属原有菌）来达到控制白酒中最终PC 含量的目的[78]。Park 等[79]以一种发酵豆酱为原料进行研究。通过对比，发现发酵前加入薏苡并与大豆以4∶1 进行配比，能够使该种豆酱异味降到最低。Jeong 等[80]对韩国一种典型水煮泡菜的整个发酵过程进行了分析，揭示了整个过程中微生物的群落演替以及代谢产物变化。他们推测一种无糖酵母可能导致该食品产生异味。为解决这类问题，需要掌握微生物的变化，才能够探明异味物质产生的时间和原因，从而作出相应的措施以抑制或剔除异味物质。

综上所述，发酵食品的风味调控和异味调控异曲同工，均源自原辅料、发酵工艺及环境、微生物代谢活动、产生的各风味物质之间复杂的反应；相应的解决措施大同小异，通过物理、化学、生物学的手段控制原辅料质量、发酵菌种种类及数量、发酵工艺条件，以调配各风味物质浓度及配比，从而得到所需要的风味。

6 总结与展望

目前对传统发酵食品的研究比较多，发酵食品种类繁多，风味物质以醇类、酸类等为主；异味物质以醇类、硫化物、醛类、多肽和氨基酸为主；微生物大多以乳酸菌属、酵母菌属、糖多孢菌属、曲霉菌属等为主。为更好的研究传统发酵食品的产香机制和微生物的相关性，可利用主成分分析（PCA）等技术研究传统发酵食品的品质分类以及风味分析，为发酵食品的标准化和工业化生产奠定基础。而对于产品品质的把控，主要以风味物质和异味物质的调控为主，通过控制原辅料质量、发酵菌种种类及数量、发酵工艺条件等来达到所需风味。

近年来，随着高通量测序技术的发展和多组学技术的广泛应用，联合偏最小二回归乘法回归分析等分析方法，使得我们可以进一步了解发酵食品中风味物质与微生物之间的相关性。今后发酵食品的主要研究应从如下几个方面着手：（1）应用更加先进的仪器，更科学的分析方法，进一步深入了解发酵食品中的风味物质与微生物之间的相关性，明确各发酵食品的主要或特征风味物质成分；（2）深入研究特征风味物质与微生物菌群之间的关系，筛选出主要产香微生物并应用到食品发酵过程中，使得其风味口感更加优良；（3）将纯种发酵剂运用到食品发酵过程中，尽量避免异味风味物质的产生，提高发酵食品的风味品质。