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食品发酵相关理化指标推荐
2026-08-24
食品发酵是利用微生物（细菌、真菌、酵母菌等）的新陈代谢作用，在人为或自然环境条件下对食品原料进行生物转化的加工方式，是我国传统食品加工中十分重要的技术手段。发酵过程中，微生物分泌丰富的胞外酶系，将原料中的大分子物质，例如蛋白质、淀粉、多糖、脂类等逐步降解为多肽、氨基酸、还原糖、有机酸、醇、酯等小分子物质，一方面重塑产品的风味、色泽与质构，赋予发酵食品独特的感官特征；另一方面还可以改善原料消化利用率，生成多酚、黄酮等多种生物活性物质，部分发酵过程还能够抑制有害微生物生长，延长食品货架期。传统发酵食品包含豆豉、发酵果酒、发酵果蔬浆等诸多品类，但自然发酵存在菌群复杂、工艺可控性弱、产品批次品质差异大等现实问题，因此借助现代分析技术解析发酵过程内在变化，对传统发酵食品现代化升级具有重要现实意义。
开展发酵食品研究，离不开理化指标的系统检测，理化指标既可以反映发酵底物环境的动态演变，也能够间接表征微生物代谢活性，是评价发酵进程与产品品质的基础依据。常规理化指标可以划分为基础环境指标、碳水化合物相关指标、含氮物质指标、酸度与有机酸组分指标、脂质相关指标、色泽质构指标几大类。基础环境指标包含pH值、可溶性固形物、水分含量，主要反映发酵体系微环境，直接影响微生物生长繁殖；碳水化合物类指标主要有总糖、还原糖、淀粉，用于跟踪糖类底物被微生物消耗利用的程度；含氮类指标涵盖总氮、氨基酸态氮、可溶性蛋白，表征蛋白质被蛋白酶水解的程度，也是发酵食品鲜度与风味物质前体的重要参考。
酸度体系是发酵食品的核心检测模块，除可滴定总酸之外，借助高效液相色谱还能定量乳酸、苹果酸、乙酸、柠檬酸等多种单体有机酸，不同有机酸不仅决定产品酸味特征，同时还会参与酯类等香气物质的合成；除此之外，盐分、灰分也是发酵豆制品、发酵果蔬制品中不可忽视的指标，盐分会显著调控耐盐微生物的群落结构，灰分可以反映产品矿物质水平。除以上组分指标外，对于固态发酵食品还会测定质构（硬度、弹性、黏聚性）、色泽（Lab*），表征发酵带来的质地和外观改变；针对发酵安全风险，还可检测亚硝酸盐、生物胺、真菌毒素等风险物质，用于评估产品食用安全性。
仅仅依靠理化指标只能掌握底物组分的变化，无法解释风味形成与微生物代谢的内在机理。现代食品发酵研究已经将理化检测和风味物质分析、组学技术相结合：通过气相色谱-质谱（GC-MS）解析挥发性香气物质，结合香气活度值OAV筛选关键特征风味；同时搭配高通量微生物测序、非靶向代谢组、转录组等多组学手段，解析微生物群落演替、代谢物变化、基因表达调控规律，建立“工艺条件-理化环境-微生物/代谢物-感官风味”之间的关联关系。综上，系统的理化指标检测结合多维度分子分析技术，能够帮助科研人员厘清不同发酵工艺、发酵时间下产品品质的变化规律，解析传统发酵食品风味物质形成机制，为发酵工艺优化、功能菌种筛选、产品品质标准化管控提供理论支撑，推动传统发酵食品向工业化、标准化方向发展。

文献案例1：阳江豆豉自然发酵过程微生物群落、理化性质与特征风味物质的关联研究

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英文题目：Correlation between microbial community, physicochemical properties, and characteristic flavor compounds of Yangjiang douchi

发表期刊：Journal of Future Foods（IF:10.6）

发表时间：2025.5

样本类型：阳江豆豉工厂发酵全过程样品；采样节点覆盖制曲阶段（第1、3、5d）、洗曲阶段（第6d）、后发酵阶段（第10、20、30d）

检测技术

理化性质指标：总酸、氨基酸态氮、盐度、蛋白质含量；采用NaOH滴定法测定总酸与氨基酸态氮，盐度计测定盐度，凯氏定氮法测定蛋白质。
微生物组学指标：Illumina MiSeq高通量测序；细菌扩增16S rRNA V3-V4区，真菌扩增ITS区；获得OTU数目，计算Shannon、Chao1、α多样性指数；利用PCA、UPGMA开展β-多样性分析；解析门水平、属水平微生物群落物种组成。
挥发性风味物质指标：顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）；内标法定量挥发性组分；计算香气活度值OAV，以OAV≥1筛选关键风味物质。统计与关联分析指标：Spearman相关性分析、冗余分析RDA、Mantel检验；构建微生物-理化、微生物-关键风味物质关联网络。

研究内容

豆豉是我国历史悠久的传统曲霉型发酵豆制品，在国内以及东亚多个国家均拥有广阔消费市场，依靠半开放式自然发酵完成生产加工。在半开放的生产环境下，环境空气、原料、生产器具会引入大量微生物，造就了豆豉复杂的微生物群落体系；微生物通过分泌各类胞外酶，将大豆中蛋白质、多糖、脂肪等大分子底物分解，形成氨基酸、有机酸、酯类等大量风味前体与特征香气物质，直接决定豆豉产品的感官品质。但半开放发酵模式受季节、车间环境、操作工艺扰动大，发酵过程微生物群落组成动态演替规律尚不清晰，微生物类群、底物理化环境、挥发性特征风味物质三者之间的耦合作用机制缺少系统解析。现阶段多数豆豉相关研究多单独聚焦微生物多样性或者风味物质定性定量分析，缺少覆盖制曲、洗曲、后发酵完整生产周期的时序联合研究，难以阐明不同发酵阶段核心功能微生物对特征香气的贡献，这也造成传统豆豉生产高度依赖老师傅经验，产品批次间品质波动大，制约豆豉工业化品质管控、定向改良，同时也阻碍目标功能发酵菌株的挖掘与应用。基于以上现实问题，本研究以阳江曲霉型豆豉为研究对象，采集制曲、洗曲、后发酵全周期时序样本，系统解析发酵过程理化指标动态变化、微生物群落演替规律、挥发性风味物质的生成转化，阐明不同发酵阶段优势菌群与关键香气物质的相关关系，识别后发酵阶段关键风味功能微生物，为阳江豆豉的工业化品质控制、潜在发酵功能菌株筛选以及传统发酵工艺现代化改良提供理论依据。

研究路线

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研究结果

随着发酵的进行，豆豉总酸与氨基酸态氮含量持续升高，蛋白质含量在制曲阶段上升，进入后发酵阶段后发生下降，盐度在后发酵阶段呈下降趋势，该现象与后发酵阶段耐盐微生物的代谢活动有关（图1）。测序结果共得到1062个细菌OTU、114个真菌OTU，细菌的物种丰富度与多样性整体高于真菌；细菌Shannon、Chao1指数表现为先上升后下降并逐步趋于稳定，真菌的Shannon、Chao1指数为先下降后升高；发酵过程优势细菌属为Bacillus、Streptophyta、Weissella；真菌群落前期以Aspergillus占绝对优势，到后发酵阶段Millerozyma等酵母菌成为优势类群；主成分分析与UPGMA聚类结果表明，豆豉不同发酵阶段微生物群落存在显著分异，细菌群落的稳定性高于真菌群落。本研究一共鉴定出141种挥发性物质，后发酵阶段酯类物质大量积累，基于OAV≥1筛选得到33种关键香气物质，这类物质以能够带来果香、花香的酯类为主；OPLS-DA模型可以明显区分制曲-洗曲样品与后发酵样品，筛选出18个VIP≥1的特征标志物，这些物质赋予豆豉花果香、烟熏香、坚果香。冗余分析与Mantel检验结果表明，总酸、氨基酸态氮、盐度是影响微生物群落结构最重要的理化因子（图2）；Spearman关联网络分析显示，后发酵阶段Millerozyma、Candida、Meyerozyma等多种酵母与2-甲基丁酸乙酯、苯乙醛等花果香关键风味物质呈显著正相关，Aspergillus与代表蘑菇香气的1-辛烯-3-酮呈正相关，但与大部分后发酵特征酯类物质呈负相关，证实酵母菌是阳江豆豉后发酵阶段塑造产品特征风味的核心功能菌群。

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图1.不同发酵阶段阳江豆豉的理化性质与α多样性。（A）总酸与盐度含量；（B）氨基酸态氮与蛋白质含量；（C）细菌和真菌的操作分类单元（OTU）数量；（D）细菌和真菌的香农（Shannon）指数；（E）细菌和真菌的Chao1指数。不同小写字母代表各发酵时期之间存在统计学显著差异（P<0.05）。

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图2.（A）细菌与真菌的Spearman相关性聚类热图；（B）细菌优势菌种与理化性质的Mantel检验分析；（C）真菌优势菌种与理化性质的Mantel检验分析；（D）细菌理化性质-微生物群落基于距离的冗余分析（RDA）；（E）真菌理化性质-微生物群落基于距离的冗余分析。锐角代表正相关，直角代表无相关，钝角代表负相关；*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。

文献案例2：基于LC-MS代谢组学探究发酵方式对枸杞黄精复合酒品质的影响

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英文题目：Exploring the effects of the fermentation method on the quality of Lycium barbarum and Polygonatum cyrtonema compound wine based on LC-MS metabolomics

发表期刊：Food Chemistry（IF:10.4）

发表时间：2023.07

样本类型：枸杞-黄精复合发酵酒，共设置4组，每组3个生物学重复，发酵30d后真空过滤获取的酒样

检测技术

基础理化指标：pH、可溶性固形物SSC、总糖、可滴定酸、总酚、总黄酮、酒精度；参照国家相关标准方法完成测定。
挥发性风味物质：SPME-GC-MS检测各类挥发性香气组分，采用内标法进行半定量分析。
LC-MS非靶向代谢组学：UHPLC-Q-Exactive高分辨质谱，正负离子模式采集数据；利用Compound Discoverer软件完成化合物鉴定；差异代谢物筛选条件：（FC>2）或（FC<0.5）、（VIP≥1）、（p-value≤0.01）。
多变量统计与通路解析：层次聚类HCA、PCA、PLS-DA、火山图、韦恩图；基于KEGG数据库开展代谢物注释与代谢通路富集分析；构建代谢物相关性网络。

研究内容

药食同源食材开发发酵果酒是当前食品领域的研究热点，枸杞、黄精均为我国典型药食同源原料，富含多酚、黄酮、氨基酸等多种功能性组分，将二者复配进行发酵酿酒，有望实现风味与营养功能的协同提升。传统果酒大多采用酿酒酵母单一菌种发酵，酿酒酵母酒精发酵能力强，但生成的香气物质类型较为有限。已有大量研究证实，非酿酒酵母与酿酒酵母进行混合发酵、时序接种发酵，能够丰富果酒香气轮廓，提升酚类、黄酮类功能物质浸出效率。但不同接种时序、不同酵母组合之间存在复杂的种间相互作用，菌种的代谢会互相干扰，目前针对枸杞黄精复合体系下，不同酵母发酵模式如何改变整体代谢物谱、调控风味与功能物质积累的内在分子机制尚不明确，多数研究仅停留在基础理化与挥发性物质表型层面，缺少非靶向代谢组层面系统解析。为探明不同发酵工艺下代谢物差异，本研究设置酿酒酵母单独发酵、德巴利汉逊酵母先期接种后再接入酿酒酵母的时序混合发酵、德巴利汉逊酵母单独发酵三组处理，同时设置未发酵原汁作为空白对照，依托LC-MS非靶向代谢组学技术，解析不同发酵模式下非挥发性代谢物组成差异，筛选关键差异代谢物，挖掘被显著富集的代谢通路，阐明时序混合发酵改善复合果酒风味、提升功能成分的代谢机理，为药食同源复合果酒的菌种复配、接种工艺优化提供理论数据，同时也为微生物发酵制备特色活性代谢物提供新的研究思路。

研究路线

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研究结果

理化检测结果表明，SRA时序混合发酵组总酚、总黄酮浸出含量最高，酒精度达到4.20±0.10v/v，和SRW酿酒酵母单发酵组酒精度接近；SAS德巴利酵母单发酵组产酒精能力弱，酒精度仅为0.94±0.08v/v，但该组挥发性物质总含量最高（表1）。挥发性物质检测结果显示SAS组的各类酯、酸、羰基类挥发性组分整体含量更高，SRA时序混合组中异戊酸乙酯、丁酸乙酯等重要香气酯类含量显著高于SRW组。PCA与PLS-DA分析结果显示四组样本的代谢轮廓存在明显区分，模型不存在过拟合现象；对比SRA分别与Juice、SRW、SAS三组，筛选出大量差异代谢物，氨基酸、苯丙烷类、黄酮醇类是主要的差异代谢物，三组对比共识别出17种共有的差异代谢物；层次聚类热图与相关性网络反映出代谢物之间存在复杂的协同、转化关系。KEGG通路富集结果表明，酪氨酸代谢、苯丙烷生物合成、2-氧代羧酸代谢是三组比较共同富集得到的关键代谢通路；SRA时序混合发酵模式能够显著促进酪氨酸生成，赋予酒样独特的酱香味，德巴利酵母时序接种可以激活上述代谢通路，提升功能代谢物的积累水平，证明时序混合发酵是提升枸杞黄精复合酒风味与功能成分的有效手段，也为利用德巴利汉逊酵母开展微生物发酵生产酪氨酸提供新思路。

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表1.不同发酵方式制备的枸杞-黄精复合酒（LPW）基础理化指标分析
同一行内不同小写字母代表组间存在显著性差异（p<0.05）；所有基础理化指标结果均以平均值±标准差表示。NA代表该物质未检出；SRW：酿酒酵母RW单独接种发酵组；SAS：德巴利酵母AS2.45单菌发酵组；SRA：先接种德巴利酵母AS2.45，24 h后接种酿酒酵母RW的时序混合发酵组；Juice组：枸杞-黄精未发酵混合提取原汁。

文献案例3：马克斯克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus）发酵罗望子果肉的理化、生物活性、风味轮廓及关键代谢物评价

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英文题目：Evaluation of physicochemical properties, bioactivities, flavor profiles and key metabolites during tamarind pulp fermentation by Kluyveromyces marxianus

发表期刊：Food Bioscience（IF:6.2）

发表时间：2026.03

样本类型：马克斯克鲁维酵母KUST3801不同发酵时间下的罗望子果肉

检测技术

理化与活性指标：pH、可溶性固形物TSS、可滴定酸TA、总糖TS；总酚TPC、总黄酮TFC。
有机酸检测：HPLC测定草酸、乳酸、苹果酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸、奎宁酸、富马酸等多种有机酸组分。
风味感官仪器分析：电子鼻分析样品整体香气轮廓；HS-SPME-GC-MS检测挥发性物质，计算OAV香气活度值，筛选关键香气物质。
非靶向代谢组学：UHPLC-Q-Exactive，正负离子模式采集数据；筛选不同发酵时间的差异代谢物，利用KEGG数据库完成代谢物注释。
转录组学：Illumina NovaSeq 6000测序；筛选差异表达基因，开展GO、KEGG通路富集分析；解析丙酮酸代谢、氨基酸降解、氧化还原相关通路的基因表达变化。统计分析：单因素ANOVA、Tukey多重比较；PCA、PLS-DA、火山图；构建差异基因-风味相关代谢物相关性热图。

研究内容

罗望子是一种热带特色果蔬，果肉含有丰富的有机酸、酚类、维生素，酸甜风味突出，在亚非拉美地区应用广泛，常加工成果汁、调味品。但目前市面上罗望子深加工产品加工技术较为粗放，产品风味同质化严重，市场竞争力不足，亟需开发新型发酵加工技术改善产品感官与功能特性。传统果类发酵大多选用酿酒酵母，该菌种乙醇合成能力强，发酵过程会产生较高酒精，容易掩盖果蔬本身的原有风味；当下消费者对于低醇、风味导向型发酵食品的需求持续增长，因此需要筛选低产乙醇、产香性能优异的替代酵母菌株。马克斯克鲁维酵母是一株具有应用潜力的非酿酒酵母，兼具耐酸、产酯能力强、部分益生菌活性的特点，有氧条件下优先进行呼吸代谢，乙醇生成量较低，适合以塑造风味为核心的果蔬发酵工艺。尽管已有该酵母在苹果汁等体系的相关报道，但该菌株在高酸罗望子果肉基质中，完整发酵周期内理化、活性物质、风味物质动态变化尚不明确，菌株适应高酸环境的代谢重编程机制，以及罗望子特征风味物质的合成通路缺少多组学联合解析。因此本研究选用一株分离自发酵牦牛乳的耐酸马克斯克鲁维酵母KUST3801对罗望子果肉进行时序发酵，设置多时间梯度采样，整合理化检测、电子鼻、气相质谱、非靶向代谢组、转录组多组学手段，系统解析发酵全过程理化指标、活性物质、挥发性风味物质的动态演变，从代谢与转录层面揭示马克斯克鲁维酵母改造罗望子果肉风味的分子调控机制，为罗望子深加工工艺开发，以及马克斯克鲁维酵母在低醇风味型发酵果蔬产品中的产业化应用提供理论依据。

研究路线

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研究结果

发酵前期罗望子果肉pH没有发生显著变化，发酵72h后pH显著下降；可溶性固形物、总糖随着发酵的推进不断被消耗而降低；可滴定酸在发酵12h出现显著升高；总酚在发酵早期短暂下降，发酵24-72h维持在接近初始的水平，总黄酮含量在发酵72h达到最大值（图1）。有机酸检测结果显示乳酸、苹果酸含量随发酵显著升高，发酵72h苹果酸含量由85.92mg/100mL上升至546.76mg/100mL，马克斯克鲁维酵母能够激活乙醛酸循环，促使苹果酸大量积累，改善发酵果肉的酸味感官品质（表2）。电子鼻检测结合PCA分析结果证明，发酵时间会显著改变罗望子果肉整体香气轮廓，早期样品与发酵后期样品能够实现明显区分，随着发酵进行香气复杂度不断提升；GC-MS分析表明3-甲基-1-丁醇、苯乙醇、乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯是发酵后占主导地位的挥发性物质，OAV结果证实乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯贡献花果香气，3-甲基-1-丁醇带来麦芽香气，上述物质主要来自Ehrlich氨基酸代谢途径，醛类物质大多属于发酵早期中间代谢产物，发酵后期被转化消耗。非靶向代谢组PCA结果显示，发酵处理会明显重构罗望子果肉的代谢物轮廓，发酵时间不同样品代谢谱存在明显差异；大部分甜味、苦味相关氨基酸随着发酵进程显著消耗，作为酵母生长氮源以及风味前体物质，同时黄酮苷、含硫氨基酸衍生物等活性代谢物含量得到提升。转录组GO与KEGG富集结果显示丙酮酸代谢、氨基酸降解、氧化还原相关通路发生显著变化，丙酮酸代谢流向乳酸、乙酰-CoA；Ehrlich通路相关基因上调，推动高级醇以及乙酸酯类香气物质合成；差异基因与风味代谢物的相关性热图进一步证实支链氨基酸代谢、丙酮酸代谢是塑造罗望子发酵特征香气的核心通路。综合结果表明，马克斯克鲁维酵母能够在乙醇产量较低的条件下，显著提升罗望子果肉的香气复杂度，具备开发风味导向型发酵果肉制品的应用潜力。

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图1.发酵罗望子果肉（FTP）的pH值（A）、可溶性固形物（B）、可滴定酸（C）、总糖（D）变化。不同字母表示组间存在统计学显著性差异（P<0.05）。

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表2.发酵罗望子果肉的有机酸含量变化

“-”代表未检出；不同字母表示组间存在显著性差异（p<0.05）

参考文献：
[1]JIANG X, ZHAO H, XU M, et al. Correlation between Microbial Community, Physicochemical Properties and Characteristic Flavor Compounds of Yangjiang douchi[J]. Journal of Future Foods, 2026, 6 4: Pages 617-630.
[2]WANG J J, ZHANG W W, GUAN Z J, et al. Exploring the effects of the fermentation method on the quality of Lycium barbarum and Polygonatum cyrtonema compound wine based on LC-MS metabolomics[J]. Food Chemistry, 2023, 428: Article 136770.
[3]YANG A, YUAN C, HUANG S, et al. Evaluation of physicochemical properties, bioactivities, flavor profiles and key metabolites during tamarind pulp fermentation by Kluyveromyces marxianus[J]. Food Bioscience, 2026, 79: Article 108633.




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