《食品科学》：云南农业大学徐志强副教授、谷大海副教授等：不同贮藏年份禄丰香醋细菌多样性分析

禄丰香醋是发酵米醋，原产于云南省楚雄市禄丰县，原料为糯米，通过酒曲、黑曲、酵母、米曲、红曲的糖化、酒化以及醋化等发酵工序制成[2]。在发酵过程中，微生物来源于麸皮、谷壳以及周围的环境，而且由于微生物自身的生存进化以及对环境的适应，其种类发酵过程中的微生物种类处于动态平衡，并不断使淀粉发生糖化、酒化、醋化，形成颇有禄丰特色的地方发酵产品。由于大部分对禄丰香醋的研究大多集中在传统工艺的优化和改进，对其细菌群落多样性的研究鲜有报道。

云南农业大学食品科学技术学院赵锐环、陈乾睿、谷大海*、徐志强*通过高通量测序手段，比较了不同贮藏年份禄丰香醋（2017、2018、2019、2020年）样品的细菌菌群差异，旨在为禄丰香醋工艺的改进提供一定的指导，并在一定程度上能更好地对禄丰香醋工艺进行创新传承。

01

不同贮藏年份禄丰香醋细菌多样性分析

由图1可知，随测序量增大，OTUs呈现先增加后逐渐趋于平缓的趋势，表明继续延长测序时间没有更多物种被检出，稀释曲线趋向平坦，说明本次测序数据量合理，能够较好反映出4 个不同贮藏年份（2017、2018、2019、2020年）的禄丰香醋样品中的细菌。

02

不同贮藏年份禄丰香醋细菌α多样性分析

由表1可知，Coverage指数为1，覆盖率较高，可以反映样本中微生物的真实情况。2017年的OTUs最大为199，说明该年份样品中的细菌多样性较为丰富。Chao1指数体现物种的丰富度；Shannon指数和Simpson指数体现物种的多样性，结果表明贮藏年份为2017、2018、2019年的细菌多样性高于2020年的；禄丰香醋贮藏年份越久，物种多样性和丰富度越高。

03

不同贮藏年份禄丰香醋细菌菌群分类单元Venn图

由图2可知，不同贮藏年份禄丰香醋样品的共有序列数是17 条；2017年样品的特有序列数为177 条；而2018年样品的特有序列数为158 条；2019年样品的特有序列数为124 条；2020年样品的特有序列数为106 条，说明不同贮藏年份禄丰香醋对细菌物种数量有较大影响，且与贮藏时间有关，贮藏时间越长，细菌物种数量越多。

04

不同贮藏年份禄丰香醋细菌β多样性分析

对各样本中细菌相对丰度进行PCA，发现PC1和PC2在图中分别解释了74.19%和25.44%的变量（图3），两者相加累计解释变量的贡献率达99.63%，表明该PCA图能够较好地区分4 个不同贮藏年份的禄丰香醋细菌群落。2020年的分布于第2象限，2017、2018、2019年的分布于第4象限，分布于同一象限的3 组之间距离近，且聚集在一起，说明2017、2018、2019年禄丰香醋细菌群落结构和组成较为相似。

05

非加权组平均法（UPGMA）聚类树分析

如图4所示，对4 个不同贮藏年份的禄丰香醋进行聚类分析，可分为2大类，2020年的独立为一簇（I），2017、2018、2019年聚类为一簇（II），且第II簇中2017、2018年有部分重合，表明有部分菌群结构较为接近，其结果与PCA结果一致。

06

细菌群落结构分析

6.1 不同贮藏年份禄丰香醋门水平细菌群落结构分析

由图5可知，不同贮藏年份禄丰香醋中的优势菌门主要有厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）以及放线菌门（Actinobacteriota），且不同贮藏年份中优势细菌门相对丰度有所差异，2017、2018、2019年这3 个年份中的优势菌门相似，其中变形菌门和厚壁菌门的占比分别高达90%和2%以上，其在陈酿过程中发挥重要作用，2020年的厚壁菌门为主要优势菌种，占比超过90%，表明在陈酿期间发挥重要作用的优势菌门为变形菌门和厚壁菌门。

6.2 不同贮藏年份禄丰香醋属水平细菌群落结构分析

由图6可知，不同贮藏年份禄丰香醋优势菌属分别为乳杆菌属（

Lactobacillus

）、草螺菌属（

Herbaspirillum

）、不动杆菌属（

Acinetobacter

）、肥杆菌属（

Hafnia-Obesumbacterium

）、肠杆菌属（

Enterobacter

）、包西氏菌属（

Bosea

）。其中不同贮藏年份的禄丰香醋中优势细菌属的丰度不同， 2017 年的优势细菌属主要为草螺菌属、不动杆菌属、肠杆菌属、包西氏菌属； 2018 年的优势细菌属与 2017 年的类似； 2019 年的优势细菌属主要为乳杆菌属、草螺菌属、寡养单胞菌属、不动杆菌属、肥杆菌属、肠杆菌属、包西氏菌属。 2020 年的优势细菌属主要为乳杆菌属、罗尔斯通氏菌属（

Ralstonia

）。已有研究表明，乳杆菌属和乳球菌属是传统食醋中的主导菌，而不动杆菌属在陈年食醋中的相对丰度通常较低，而在本研究中 2020 年醋样乳杆菌属的占比高达 96% ；不动杆菌属在 2007 、 2008 、 2009 年醋样中的占比在 9% ～ 10% ，在 2020 年的醋样中未检测出，表明不动杆菌属在陈醋的贮藏中发挥重要作用。草螺菌属定植于禾本科植物中的，在本研究中可能是从发酵原料（矮珍珠糯米秸秆）中产生的，而包西氏菌属在其他食醋中还鲜有相关研究，有可能与发酵环境有关，发酵环境中的微生物在原料上生长繁殖后在发 酵后期留下的代谢物。

6.3 不同贮藏年份禄丰香醋属水平细菌群落结构分析垃圾分类

由图7可知，4 个不同贮藏年份的禄丰香醋中种水平的优势细菌主要为乳杆菌（

Lactobacillus

）、草螺菌（

Herbaspirillum

）以及其他一些丰度较少的菌群，其中不同贮藏年份禄丰香醋中优势细菌的丰度不同， 2017 年中的优势细菌群为草螺菌、不动杆菌、肥杆菌、肠杆菌； 2018 年中的优势细菌群与 2017 年的类似； 2019 年的优势细菌属主要为草螺菌、不动杆菌、肥杆菌； 2020 年中的优势细菌属主要为乳杆菌、罗尔斯通氏菌、乳酸杆菌。罗尔斯通氏菌是一株非常典型的菌株，它可以水解氯代芳香族化合物。结合本研究 2020 年醋样中的乳杆菌属占据优势。这可能是在食醋酿造乙醇发酵阶段的前期发挥作用，提供了乳杆菌属生长繁殖的营养物质。本研究结果与其他文献结果有相似部分，也有所差异，导致这些差异的原因包括酿造所用原料、大曲以及酿造工艺等，所用原料的不同以及加工工艺都会对发酵食醋产生影响，山西老陈醋的酿造原料是高粱，而高粱单宁对发酵微生物的生长有一定的影响作用，进而可以影响发酵过程 中微生物的菌群种类和数量。

07

不同贮藏年份禄丰香醋细菌菌群的线性判别分析效应

由图8可知，在不同贮藏年份禄丰香醋中， 2017 年菌群总体丰度较高的是Alphaproteobacteria、Rhizobiales、Beijerinckiaceae、

Enterobacter

Enterobacter_hormaechei

Bosea

_unclassified 、

Bosea

、 Pseudomonadales ； 2018 年是 Proteobacteria 、 Gammaproteobacteria 、 Burkholderiales 、 Oxalobacteraceae ； 2019 年是 Bacteria ； 2020 年的菌群总体丰度较高， Lactobacillales 、 Bacilli 、

Lactobacillus

、 uncultured_

Lactobacillus_

sp. 、 Firmicutes 、 Lactobacillaceae 、 uncultured_

Porphyrmonas

_sp. 分布较多。

如图 9 所示， 2017 年 中差异物种有 8 种相对丰度大于 1 3 % ，除掉一些未分类的，Proteobacteria、Gammaproteobacteria、Burkholderiales、Enterobacterales、Oxalobacteraceae、

Herbaspirillum

_unclassified 相对丰度较高； 2018 年中差异物种有 5 种相对丰度大于 13% ，除掉一些未分类的， Gammaproteobacteria 、

Herbaspirillum

、 Enterobacterales 相对丰度较高； 2019 年中差异物种有 7 种相对丰度大于 13% ，除掉一些未分类的， Proteobacteria 、 Burkholderiales 、 Oxalobacteraceae 、

Herbaspirillum

相对丰度较高； 2020 年中差异物种有 8 种相对丰度大于 13% ，除掉一些未分类的， Firmicutes 、 Proteobacteria 、 Gammaproteobacteria 、 Bacilli 、 Lactobacillales 、 Burkholderiales 、 Lactobacillaceae 、

Lactobacillus

相对丰度较高。

08

功能特性预测分析

借助KEGG代谢途径的预测分析，使用PICRUSt2软件预测不同贮藏年份禄丰香醋中各菌群的功能特性，结果见图10，2017、2018、2019年的禄丰香醋中缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成，缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解以及酪氨酸代谢的过程显著高于2020年（

P

＜0.05）；而2020年的禄丰香醋对于1型糖尿病、2型糖尿病、泛素体系、玉米素生物合成的过程高于2017、2018、2019年的禄丰香醋。缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的代谢产物包括乙酰CoA、丙酰CoA、异戊酰基CoA与丁酰CoA等，它们是大环内酯类抗生素生物合成的前体物种；参与机体的初级代谢与次级代谢，也是联系初级代谢与次级代谢的重要桥梁。糖尿病是胰岛素分泌不足为主或伴有胰岛素抵抗的一种代谢性疾病。泛素体系可以调节细胞周期、细胞凋亡、转录调控等多种细胞活动，在生长发育、激素应答和胁迫响应等方面发挥重要作用。玉米素属细胞分裂素，与细胞生长、分化以及与植物耐高温胁迫相关，这与禄丰香醋发酵所使用的原料矮珍珠糯米秸秆有一定联系，因此在以后的研究中可以重点关注一下禄丰香醋在功能食品中的运用研究。

09

不同贮藏年份禄丰香醋中细菌相关性分析

由图11可知，连接节点最多的是

Sphingomonas

，与

Mycobacterium

Gordonia

Jatrophihabitans

呈正相关；连接节点第二多的是

Bosea

，与

Gordonia

Jatrophihabitans

呈正相关；连接节点第 3 多的是

Mycobacterium

，与

Gordonia

高度正相关，与

Acinetobacter

Bosea

Sphingomonas

Phyllobacterium

呈正相关；前面分析表明

Acinetobacter

Bosea

在陈醋的贮藏中发挥着重要作用，

Jatrophihabitans

Phyllobacterium

Sphingomonas

Bosea

Citrobacter

呈正相关；连接节点第 4 多的是

Gordonia

，与

Mycobacterium

高度正相关，与

Sphingomonas

Acinetobacter

Bosea

呈正相关；连接节点第 5 多的是

Lactobacillus

Enterococcus

，其中

Lactobacillus

Luteibacter

Jatrophihabitans

呈负相关；

Enterococcus

Burkholderia

Pseudomonas

呈负相关，因此在以后的研究中，除了重点关注呈正相关的优 势菌群外，还要关注呈负相关和未分类的菌群 。

本研究中的优势菌群

Acinetobacter

（不动杆菌属）、

Bosea

（包西氏菌属）、

Lactobacillus

（乳酸杆菌）、

Enterococcus

（肠杆菌属）都与其他菌群呈正相关。杨玲等 发现，在山西老陈醋工艺和怀仁醋工艺样品中的第一优势属乳杆菌属（

Lactobacillus

）与

Faecalibacterium

和脱硫弧菌属（

Desulfovibrio

）处于高度互利关系，与魏斯氏菌属（

Weissella

）为互利关系。近些年来，对传统发酵醋的研究大多集中在发酵过程中细菌群落结构的变化，探究细菌群落对发酵醋的影响。为此，在发 酵过程中与贮藏过程中都要关注细菌菌群的情况。

结论

本研究利用高通量测序技术对不同贮藏年份（2017、2018、2019、2020年）禄丰香醋样品中的细菌群落结构进行检测分析。多样性分析结果表明，2017、2018、2019年的细菌菌群多样性更高；不同贮藏年份样品的细菌菌群组成差别较大，前3 个年份的主要优势菌门分别为厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）；优势细菌属主要为草螺菌属（Herbaspirillum）、不动杆菌属（Acinetobacter）、肥杆菌属（Hafnia-Obesumbacterium）、肠杆菌属（Enterobacter）、包西氏菌属（Bosea），而2020年的优势菌门主要为厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）；优势细菌属主要为乳杆菌（Lactobacillus）、罗尔斯通氏菌（Ralstonia）、乳酸杆菌（Lactobacillus_homohiochii）。LEfSe分析和相关性分析都表明细菌菌群的多样性与贮藏时间有关，KEGG代谢途径的预测分析表明，禄丰香醋中的有益菌群在初级代谢与次级代谢之间起着重要作用，之后可以进一步深入研究。本研究发现了不同贮藏年份禄丰香醋中细菌菌群多样性的变化，为禄丰香醋细菌多样性分析、优质菌种资源选育及发酵食醋工业化生产奠定了基础。

作者简介

通信作者：

徐志强，云南农业大学食品科学技术学院教授，博士，教授，中国滇菜大师，云南省现代农业产业技术体系岗位专家，主要从事畜产品加工与品质控制方面研究，主持及参与国家和省部级科研项目23 项，主编云南省地方标准1 项，以第一作者或通信作者在国内外核心期刊发表文章20余篇。

谷大海，云南农业大学食品科学技术学院副教授，硕士，主要从事畜产品加工与品质控制方面研究，主持及参与国家和省部级科研项目20余项，在国内外核心期刊发表文章50余篇，其中第一作者或通信作者15 篇，SCI论文3 篇。

第一作者：

赵锐环，女，云南农业大学食品科学技术学院在读硕士，主要从事功能食品及食品生物技术研究，主持及参与国家级、省级和校级科研项目4 项，获得省级优秀毕业生，优秀学生等荣誉，在国内外核心期刊发表文章3 篇， EI论文1 篇。

本文《不同贮藏年份禄丰香醋细菌多样性分析》来源于《食品科学》2024年45卷第10期118-125页，作者：赵锐环，陈乾睿，谷大海，徐志强。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230711-141。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：南伊；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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