食品界

魏兆军教授团队：基于LC-MS代谢组学探讨发酵方式对枸杞黄精复合酒品质的影响

近日，合肥工业大学/北方民族大学魏兆军教授团队，在Food Chemistry (Q1,IF: 9.231)期刊上发表了题为“Exploring the effects of the fermentation method on the quality of Lycium barbarum and Polygonatum cyrtonema compound wine based on LC-MS metabolomics”的研究论文。合肥工业大学硕士研究生王景景和张王威为文章的共同第一作者，合肥工业大学/北方民族大学魏兆军教授为论文的通讯作者。

近年来，利用非酿酒酵母与酿酒酵母进行协同发酵制备果酒的研究越来越多，主要集中在混菌发酵改善酒的颜色，增加酒的香气等方面，制备出了非常多的高质量果酒。然而，对不同混菌发酵方式所导致的果酒风味形成机制的研究十分稀少。随着检测技术的快速发展，利用非靶向代谢组学进行代谢物检测分析已成为热点领域。代谢组学的发展推动了化学计量学在发酵关键代谢产物检测中的应用，有利于待测体系中特定的生物标志物的识别与确定。其中，次级代谢物的变化追踪对于代谢网络的构建以及功能性的研究均有一定的帮助。非靶向代谢组学的优势取决于分析微生物中所有代谢物转化的能力，并发现新的代谢物或代谢模式，可以更好地研究代谢物之间的相关性。因此，代谢组学技术已经成为研究发酵食品的代谢特征的有效方法。代谢组学技术被应用于自发发酵阶段对可可质量影响的研究、蟹膏在发酵过程中代谢物的动态变化研究等工作中。然而，利用代谢组学技术研究不同发酵方式对果酒发酵过程中发酵产物代谢途径变化的影响的研究仍然很少。

基于上述背景，本研究利用广泛靶向代谢组学技术结合多元统计分析方法，以黄精枸杞混合物及通过单一酿酒酵母RW与汉逊德巴利酵母AS2.45的不同混菌方式酿造的酒样为研究对象，对其中非挥发性代谢物的种类和含量进行全面的鉴定和分析，进而探讨不同发酵方式酿造的黄精枸杞复合酒（LPW）的主要非挥发性代谢物的组成及变化规律，分析相关代谢通路，以期深入了不同发酵方式下制备的LPW代谢物的变化机制，为更好地探究混菌发酵方式在高品质果酒的酿造及风味形成机理奠定基础，推动果酒行业的高水平发展。

图片摘要

在这项研究中，作者探究了不同发酵方式下生产的LPW的化学特征并通过非靶向代谢组学方法与化学计量学和路径分析相结合，进一步解析其代谢变化情况，探究发酵方式对LPW品质的影响。结果表明，SRA的总酚、总黄酮的浸出率更高，酒精度达到了4.20 v/v，可溶性固形物与Juice相比减少了68%。不同混菌发酵方式（Saccharomyces cerevisiae RW; Debaryomyces hansenii AS2.45）制备的LPW基于LC-MS的非靶向代谢组学的代谢谱有显著差异。不同比较组间的差异代谢产物被鉴定为氨基酸、苯丙酸类物质、黄酮醇类物质等，共有的17种差异代谢物主要富集在酪氨酸代谢、苯丙酸的生物合成、2-氧代羧酸的代谢等途径中。SRA促进了酪氨酸的生产，为酒样带来了独特的酱香气味,为利用微生物发酵法生产酪氨酸提供了新的研究思路。这些结果将推进我们对S. cerevisiae RW和D. hansenii AS2.45混合发酵LPW过程中的化学转化的认识。代谢物的不同积累变化模式和相互作用机制解读了不同发酵方式下LPW质量差异的奥秘。

部分结果展示：

图1. 聚类及PCA分析

图2. PLS-DA模型分析

图3. 不同发酵方式下LPW的差异代谢物分析

图4. 差异代谢物相对含量及相关性网络分析

图5. KEGG代谢途径富集分析

图6. 不同发酵方式下LPW显著差异代谢物代谢网络构建

参考文献

Wang, J. J., Zhang, W. W., Guan, Z. J., Thakur, K., Hu, F., Khan, M. R.,Zhang, J. G., & Wei, Z. J. (2023). Exploring the effects of the fermentation method on the quality of Lycium barbarum and Polygonatum cyrtonema compound wine based on LC-MS metabolomics. Food Chemistry, 428, 136770. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.136770

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.136770

作者简介

魏兆军，博士、教授、博士生导师。北方民族大学生物科学与工程学院院长、合肥工业大学食品与生物工程学院教授。教育部食品科学与工程专业教学指导委员会委员；享受国务院政府特殊津贴、宁夏回族自治区自治区特聘专家、宁夏高等学校特聘教授、教育部新世纪优秀人才、安徽省杰出青年基金获得者、黄山学者特聘教授；安徽省农林特产食品加工产业技术创新战略联盟理事长、安徽省养生文化研究会会长。国家自然科学基金、教育部科技项目、国家留学基金委基金、十余个省基金项目评审专家；国家科技进步奖、教育部科技进步奖等评审专家；Trends in Food Science & Technology、Food Chemistry、Industrial Crops and Products等国内外50余期刊审稿人。Agri-Waste & Agri-Byproduct Journal主编；Frontiers in Nutrition副主编、Current Topics in Nutraceutical Research副主编、eFood副主编、Food Frontiers副主编、Food Science and Human Wellness 编委、Journal of Future Foods 编委、Natural Resources for Human Health编委、《食品科学》编委；Food and Chemical Toxicology、Phytomedicine等期刊客座编辑。主持国家重点研发项目课题、国家自然科学基金、安徽省科技重大专项等科研项目30余项。以第一或者通讯作者在Trends in Food Science & Technology、Food Chemistry、Industrial Crops and Products、Food and Chemical Toxicology发表高水平论文220余篇；授权或申请专利30余件。先后获得国家科学技术进步二等奖、农业部科学技术进步一等奖、安徽省科技进步奖等6项。研究方向为农林特产功能性食品加工。

王景景，2021年本科毕业于安徽农业大学食品质量与安全专业，获得学士学位；硕士现就读于合肥工业大学食品与生物工程学院食品工程专业。硕士期间主要研究方向为功能性果酒中的研究，目前已经发表SCI论文5篇。

张王威，2022年本科毕业于安徽中医药大学食品质量与安全专业，获得学士学位；硕士现就读于合肥工业大学食品与生物工程学院食品工程专业。硕士期间主要研究方向为核黄素对肠道炎症影响的研究，目前已经发表SCI论文3篇。