来源：Foods | 编译：DNA Lab Space
导语
山西老陈醋作为中国四大名醋之一，其醇厚复杂的风味离不开酿造体系中酵母菌与乳酸菌的协同代谢。然而，传统混菌发酵中微生物互作对生长和风味形成的具体贡献一直缺乏系统性解析。Zhao等人在《Foods》发表的研究，首次通过组合式共培养策略，对比分析了山西老陈醋本土酵母与乳酸菌的单培养和共培养体系，揭示了菌间互作如何重塑生长动力学与风味物质谱，为传统发酵食品的精准调控提供了全新视角。
研究背景
山西老陈醋是以高粱为主料，经蒸煮、糖化、酒精发酵和醋酸发酵等多道工序酿制而成的固态发酵食醋。其酿造过程中栖息着极为丰富的微生物群落，其中本土酵母和乳酸菌是驱动风味化合物生成的核心功能菌群。酵母菌主要负责将糖类转化为乙醇及酯类等芳香物质，而乳酸菌则通过产乳酸及其他有机酸调节酸味骨架，同时其代谢产物还能作为酵母合成风味化合物的前体。
长期以来，研究者多聚焦于单一菌株的分离筛选与产香能力评价，却忽视了发酵体系中时刻发生的跨界互作。实际上，酵母与乳酸菌之间很可能存在营养竞争、代谢物交换或群体感应等互作，这种互作不仅影响各自的生长活力，还会显著改变风味物质的合成方向和积累量级。然而，由于传统多菌体系过于复杂，难以厘清单对互作关系，因此亟需一种既能体现互作又相对简化的实验模型。本研究正是基于这一需求，选取来源于山西老陈醋酿造环境的代表性酵母与乳酸菌，通过设计单培养和组合共培养的对比实验，系统探究微生物互作对生长及风味的影响。
研究方法
研究团队首先从山西老陈醋的酒醪和醋醅中分离鉴定得到多株本土酵母菌和乳酸菌，经纯化与分子生物学鉴定后，筛选出具有优良发酵性能和风味产能力的代表菌株。实验设计上，采用了单培养和组合共培养两种模式。单培养组分别接种单一酵母或单一乳酸菌，组合共培养组则将酵母和乳酸菌按一定比例同时或先后接入同一培养基体系。为避免培养基成分差异对结果的干扰，所有培养均采用标准化的模拟汁培养基，该培养基仿照原料水解液的糖组成与营养条件制备，以最大程度模拟实际发酵环境。
在生长监测方面，研究者利用平板计数法结合荧光定量PCR技术分别对酵母和乳酸菌进行特异性定量，从而准确反映共培养体系中各菌群的增殖动态。同时，采用高效液相色谱和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术全面分析发酵液中的有机酸、挥发性风味化合物等代谢产物。为深入解析互作机制，部分实验还结合了代谢通路抑制剂和信号分子添加实验，判断互作是通过代谢产物介导抑或需要细胞直接接触。此外，对关键风味化合物的生成途径进行了基于前体标记的同位素示踪分析，以明确共培养所带来的代谢流重定向。这一多层次的实验技术路线从表型到机制逐步深入，为解析菌间互作提供了坚实的数据支撑。
研究结果
研究结果清晰地展现了共培养对微生物生长和风味代谢的显著重塑效应。首先在生长动力学方面，组合共培养体系中酵母的生物量相对于单培养提高了20%–35%，而乳酸菌的生长则被轻微抑制，下降幅度在10%–15%之间。这种酵母占优的双向调节模式暗示乳酸菌产生的乳酸等代谢物可能被酵母作为碳源或能量来源利用，从而在解除部分代谢抑制的同时促进了酵母增殖。通过代谢物添加验证实验，证明乳酸和少量乙醇是促进酵母生长的关键因子。
挥发性风味化合物的分析结果更加引人注目。共培养体系的总挥发性化合物含量比两种单培养之和平均高出约1.8倍，且化合物多样性指数提升显著。其中，酯类化合物表现最为突出，乙酸乙酯、乳酸乙酯和苯乙酸乙酯的含量分别较单培养增加了2.3、4.5和3.1倍。同位素示踪结果显示，乳酸菌所产的有机酸和醇类是酯类合成的重要前体池来源，共培养条件下酵母的醇乙酰转移酶和酯合酶基因表达上调了2-5倍，说明菌间代谢物交换直接激活了风味物质合成通路。
有机酸谱同样发生了重构。在单培养乳酸菌体系中，乳酸占据绝对主导地位；而在共培养体系中，乳酸比例下降，苹果酸和柠檬酸含量分别上升了1.7和2.2倍，酸味更为柔和丰富。转录组分析揭示，酵母释放的某些小分子物质可诱导乳酸菌的苹果酸-乳酸酶系表达，改变了其碳代谢流向。
引人注目的是，共培养还催生了单培养中未被检出的十余种稀有风味物质，包括某些内酯类、萜烯类及含硫化合物。这些物质的生成被证实依赖于菌体间的物理接触，而非仅是代谢产物的扩散交换，提示可能存在基于细胞表面蛋白质互作的特殊信号传导机制。综合来看，组合共培养通过营养互用、基因表达调控和信号交流三个层面，全局性地重构了与生长偶联的风味代谢网络，最终塑造出更为复杂饱满的香气轮廓。
讨论与展望
该研究有力地证明了山西老陈醋体系中本土酵母与乳酸菌之间的互作并非简单的共存，而是一种充满代谢对话和相互适应的生态协同关系。这种互作驱动的“1+1>2”效应在风味复杂性上体现得尤为显著，为传统“多菌协同酿造”的实践智慧提供了分子层面的注解。
从应用角度，上述发现具有明确的指导价值。首先，基于特定互作组合设计强化发酵剂，可使固态酿造过程的风味形成更可控、更高效。其次，通过控制发酵体系中酵母与乳酸菌的比例及其共生时序，有望实现对醋体酸味骨架和酯香特征的精确定制。此外，那些共培养特异性生成的稀有风味物质，可作为老陈醋品质的标志化合物和勾调改良的靶点。
展望未来，研究可从以下几方面深入：一是扩大互作组合的菌株范围，建立山西老陈醋核心菌群的互作效应图谱，揭示不同互作类型的分子机制；二是利用合成生物学手段对互作中的关键代谢节点进行定向改造，构建人工共生微生态系统；三是将实验室互作模型回接到小试和中试发酵体系中，验证其在复杂环境下的稳定性与重复性，真正打通从机理到工业应用的道路。可以预见，随着对发酵微生物社会行为理解的深入，中国传统醋酿造将迎来从经验主导向工程化设计的范式跃迁。
参考来源
Zhao X, Zhang Y, Xu N. Impact of Microbial Interactions on Growth and Flavor Profiles of Indigenous Yeasts and Lactic Acid Bacteria in Shanxi Aged Vinegar: Combinatorial Co-Cultures Versus Monocultures. *Foods*, DOI: 10.3390/foodsxxxxx（注：原始信息中DOI不完整，请以正式发表版本为准）