Introduction

豆瓣辣椒酱是以蚕豆、辣椒为主要原料，经翻、晒、露等工艺而制成的一种传统发酵调味酱。豆瓣辣椒酱历史悠久，具有味辣香醇、酱香浓郁等特征，深受消费者喜爱，更被誉为“川菜之魂”。豆瓣辣椒酱发酵周期长，并且分为甜瓣子、辣椒胚和豆瓣辣椒酱三个发酵阶段（如图1所示），其品质和风味受发酵微生物组成和环境等多方面影响。 天津科技大学生物工程学院王敏教授团队对豆瓣辣椒酱进行了长达13个月的跟踪监测，分析了发酵过程不同阶段的主要微生物和风味物质组成，解析了其中的主要功能性微生物组成，并且证明了了甜瓣子发酵60 d，辣椒胚发酵210 d，豆瓣辣椒酱发酵180 d为产品品质与时间成本的最佳平衡点，可为豆瓣辣椒酱的酿造机理提供科学依据。

图1豆瓣辣椒酱的发酵工艺过程

Results and Discussion

分别对甜瓣子、辣椒胚和豆瓣辣椒酱发酵阶段进行了8、13和13个月的动态监测，分析了其还原糖、有机酸、氨基酸态氮、挥发性风味物质以及细菌群落组成等在整个发酵周期的变化规律。从对三个不同发酵阶段监测的15个样品中共检测到100种主要的挥发性化合物，其中醇类8种，酯类31种，酚类8种，醛类17种，烷烃类11种，萜类15种，酮类3种，其他类7种。其中，甜瓣子发酵阶段的挥发性风味物质主要为酯类、醛类、醇类和萜类，辣椒胚发酵阶段主要为酯类、烷烃类、萜类和醇类，豆瓣辣椒酱发酵阶段主要为酯类、醛类、烷烃类和酚类（图2）。从平衡时间成本和产品质量角度，同时结合有机酸、还原糖、氨基酸等主要理化指标，60、210和180 d可以被认为是甜瓣子、辣椒胚和豆瓣辣椒酱产品品质与时间成本的最佳平衡点。

图2豆瓣辣椒酱发酵全过程挥发性化合物热图分析

在发酵过程中，微生物通过丰富的酶系和代谢产物对豆瓣辣椒酱的风味形成起着至关重要的作用。发酵过程中细菌群落结构及其动态变化，在门水平上，厚壁菌门和变形菌门在整个发酵过程中占主导地位（平均相对丰度＞1%），其次为拟杆菌门、放线菌门和蓝藻门，其中，豆瓣辣椒酱中厚壁菌门的数量高于其他样品。豆瓣辣椒酱发酵过程微生物群落组成复杂并且不断变化。为解析三个发酵阶段各自和相互间主要微生物的演替规律和相互作用关系，本文采用韦恩分析法对三个发酵阶段的微生物多样性进行了分析。如图3A所示，甜瓣子（T）和辣椒胚（J）样品细菌菌群共有的属有70个，甜瓣子（T）和豆瓣辣椒酱（D）之间共有的属有73个，辣椒胚（J）和豆瓣辣椒酱（D）之间共有的属有79个。其中，77.53%的属（69个）是三个样品之间所共有的，主要是因为豆瓣辣椒酱采用自然发酵方式，三个阶段的样品在相互联通的环境中进行发酵，环境微生物对其微生物群落组成影响较大。通过线性模型分析发现，豆瓣辣椒辣椒酱微生态系统由来自甜瓣子和辣椒胚的多种细菌和来自环境的特定细菌组成，并在发酵过程逐渐富集（图3B）。图3C所示的网络分析有助于探索复杂生物系统中微生物之间的相互作用关系。通过综合分析微生物相互作用及其与发酵过程的相关性，初步确定了甜瓣子、辣椒胚和豆瓣辣椒酱发酵过程的核心功能菌群分别为Tetragenococcus、Lactobacillus、Pseudomonas 3个属，Tetragenococcus、Lactobacillus、Bacillus、Pseudomonas4个属和Tetragenococcus、Lactobacillus、Bacillus、Pseudomonas、Pediococcus5个属。总酸度和NaCl是驱动细菌群落演替的重要内源因子。

（A）OTU韦恩分析；（B）甜瓣子、辣椒胚及豆瓣辣椒酱发酵过程共有和特有显著富集OTU三元图分析；（C）细菌群落间的相互关系分析。

图3 发酵全过程微生物间的相互作用

第一作者

于松峰，男，天津科技大学生物工程学院硕士研究生毕业，目前为浙江大学生物系统工程与食品科学学院在读博士；主要研究方向为发酵食品微生物解析、生物活性肽与人类健康。目前已在国内外期刊公开发表学术论文8篇，其中SCI收录5篇，授权国家发明专利1件，担任 Food Research International等期刊审稿人。曾获国家奖学金、省三好学生等奖励。

通信作者

王敏，女，教授，博士生导师，天津科技大学研究生院常务副院长，国务院轻工技术与工程学科评议组成员，国家重点人才计划人选，国家科技部中青年科技创新领军人才，教育部新世纪优秀人才，天津市131创新型人才第一层次，天津市传统发酵食品创新团队负责人。主要从事发酵工程领域相关研究工作，重点围绕微生物资源菌种库构建及微生物功能分析、优良菌种选育与发酵过程调控、高效发酵关键技术开发利用等方面开展研究。

Unraveling the core functional bacteria and their succession throughout three fermentation stages of broad bean paste with chili

Songfeng Yua,b,1, Jia Songa,1, Tao Hua, Jun Wanga, Xiaojing Liua, Yu Zhenga,c,*, Lei Shic, Shoupeng Wanc, Min Wanga,*

a State Key Laboratory of Food Nutrition and Safety, Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology, Ministry of Education, College of Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China

b College of Biosystems Engineering and Food Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China

c Tianjin Limin Condiment Limited Company, Tianjin 300308, China

1 Authors contributed equally to this work.

*Corresponding authors.

E-mail address: yuzheng@tust.edu.cn

minw@tust.edu.cn

Abstract

The entire fermentation process of traditional Chinese broad bean paste with chili comprises three individual stages: Tianbanzi, chili pei, and paste fermentation (Tianbanzi-chili pei mixture). Three stages share average 77.53% of all bacteria (89 genera), indicating that the similar environment leads to the similar bacterial communities. One, one, and three genera are exclusive to Tianbanzi, chili pei, and paste stages, respectively, due to the special physical and chemical properties for each stage. Total acidity, pH, and NaCl are important endogenous factors that promote the succession of bacterial communities. According to the dynamics of organic acids, reducing sugars, amino acids, and volatile compounds, 60-, 210-, and 180-day are considered the best fermentation periods for Tianbanzi, chili pei, and paste, respectively, to balance time cost and product quality. Three (Tetragenococcus, Lactobacillus, and Pseudomonas), four (Tetragenococcus, Lactobacillus, Bacillus, and Pseudomonas), and five (Tetragenococcus, Lactobacillus, Bacillus, Pseudomonas, and Pediococcus) genera are considered the core functional bacteria of Tianbanzi, chili pei, and paste fermentation, respectively.

Reference:

YU S F, SONG J, HU T, et al. Unraveling the core functional bacteria and their succession throughout three fermentation stages of broad bean paste with chili[J]. Food Science and Human Wellness, 2022, 11(4): 874-885. DOI:10.1016/j.fshw.2022.03.011.

编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意