期刊名称：Food Chemistry
影响因子:10.4
DOI:10.1016/j.foodchem.2026.150892
检测指标：理化（pH值、还原糖、滴定酸度、糖化力、液化力）、微生物多样性、酶活、风味组、脂肪酸靶向检测
本研究以高温大曲为研究对象，结合理化检测、微生物群落分析与代谢组学技术，系统解析大曲发酵过程中脂质组分变化、微生物演替规律及其互作关系，识别出驱动大曲褐变的关键微生物与特征代谢产物；通过相关性分析与模型验证，阐明微生物介导脂质代谢进而调控大曲褐变的内在机制，明确核心菌群在物质转化与风味前体生成中的功能作用，揭示了高温大曲褐变过程的物质基础与微生物机理，可为优化大曲生产工艺、稳定大曲品质及调控褐变程度提供理论依据与数据支撑。
2.样本处理
选取不同发酵阶段的高温大曲样品，无菌条件下采集大曲内部样品，剔除表面杂质后粉碎混匀，一部分样品置于-80℃超低温冰箱保存，用于微生物组学与代谢物检测；另一部分样品经预处理后开展理化指标测定，所有样品均设置生物学重复，减少实验误差，保障后续检测结果可靠。
3.研究结果
（1）高温大曲褐变差异与脂质氧化特征
高温大曲发酵后产生明显褐变分化，分为黑曲（BQ）、黄曲（YQ）、白曲（WQ）。色泽参数表明亮度顺序为BQ＜YQ＜WQ，黑曲总色差ΔE显著更高。，原料相关性分析显示，除蛋白质外，脂肪含量与褐变指标ΔE相关性最强(r=0.92，P＜0.001)，提示脂质氧化参与大曲褐变。脂质氧化标志物TBARS、共轭二烯（CD）发酵后全部显著上升，氧化程度：BQ＞YQ＞WQ＞未发酵曲F0。黑曲、黄曲处于曲堆中芯层，发酵温度高，脂质氧化更强；白曲分布于曲堆表层，温度较低，氧化程度弱。
本研究在三类大曲中共检出100种挥发性物质，酯类与吡嗪为主体组分，仅17种物质为三类大曲共有。通过OPLS-DA模型筛选得到9个关键差异风味物质：黑曲中四甲基吡嗪、三甲基吡嗪含量更高，赋予坚果烘烤香气；白曲富集3-辛醇、苯乙醇、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚等，带来烟熏、花果香气，不同物质共同塑造各类大曲特有香气轮廓。理化指标结果表明，42d发酵后大曲各项指标均发生显著改变；白曲糖化力、液化力最高，淀粉降解能力最强，黄曲滴定酸度介于白曲与黑曲之间。
图1不同褐变程度高温大曲的颜色决定因素与风味化合物差异(大曲颜色参数、原料脂肪与褐变相关性、脂质氧化指标TBARS与共轭二烯、挥发性物质组成、OPLSDA差异挥发性标志物等子图)
（2）嗜热微生物群落及其脂质代谢功能差异
不同褐变大曲微生物α多样性存在显著差异，黑曲细菌、真菌香农指数最低，高温（最高可达65℃）淘汰大量耐热性差的乳酸菌，造成多样性下降；β多样性PCoA分析表明，群落差异主要来源于细菌，真菌群落组间变异更小，BQ群落与YQ、WQ差异明显，YQ与WQ群落相似度更高。
Kroppenstedtia在黑曲丰度最高（62.11%），该属可产有机酸、合成氨基酸，同时具备高产脂肪酶能力，可推动脂质氧化美拉德反应耦合；真菌Thermomyces在黑曲丰度显著更高，能够分泌脂肪酶促进游离脂肪酸释放，是参与大曲色泽分化的另一关键嗜热菌。基于PICRUSt2功能预测：细菌的脂肪酸脂质降解通路丰度BQ＞YQ＞WQ，与脂质氧化检测结果一致；真菌脂质合成通路在白曲显著更高。说明真菌主要负责脂质生物合成，细菌主导脂质降解，进而驱动大曲褐变分化。
图2不同褐变程度大曲的微生物群落结构与脂质代谢功能比较(细菌真菌α多样性、β多样性、属水平物种组成、MetaCyc脂质代谢功能预测子图)
（3）不同褐变大曲基础理化性质差异
内源脂肪酶是脂质氧化的重要驱动力。发酵后酸性脂肪酶、中性脂肪酶、磷脂酶活性均显著升高，酶活整体表现为BQ＞YQ＞WQ。小麦来源的油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈油酸4种主要不饱和脂肪酸，发酵后含量均显著下降；总不饱和脂肪酸含量WQ＞YQ＞BQ，黑曲较白曲降低50%。尽管小麦脂肪含量不高，但脂质氧化与羰胺反应、微生物代谢协同，共同参与大曲褐变。
相关性分析表明Kroppenstedtia、Thermomyces、Bacillus等多个菌属与不饱和脂肪酸含量呈负相关，可利用脂肪酸作为碳源参与脂质氧化；不饱和脂肪酸与酸度、脂肪酶活性呈显著负相关。结构方程模型显示脂肪酸对细菌群落的影响强于真菌群落，生物与非生物因子共同调控大曲不饱和脂肪酸代谢。
图3影响不同褐变程度大曲不饱和脂肪酸含量的生物与非生物因素分析。(3种脂肪酶活力、4种不饱和脂肪酸含量、微生物脂肪酸相关性网络、理化因子相关性热图、结构方程模型子图)
（4）模拟大曲发酵验证不饱和脂肪酸对褐变及风味的调控作用
为明确不饱和脂肪酸的功能，开展模拟大曲发酵，分别添加不同不饱和脂肪酸以及饱和脂肪酸棕榈酸。结果显示，不饱和脂肪酸组褐变程度显著高于饱和脂肪酸组与空白对照组，证实不饱和脂肪酸对大曲褐变贡献更大。
桑基图证明不饱和脂肪酸是大曲呋喃、醛、酮、吡嗪的重要前体。脂质氧化生成的醛、酮、呋喃作为外源底物，促进美拉德反应，推动吡嗪类含氮杂环物质生成。模拟发酵结果显示：亚油酸、亚麻酸处理组总风味物质、含氮化合物积累最高，二者是吡嗪生成的关键不饱和脂肪酸。同时脂肪酸还可调控酯类、醇类、丙酸等物质生成，丙酸可抑制杂菌，避免酸败霉味。工业大曲体系复杂，后续还需设置脂肪酸浓度梯度、延长发酵周期，结合多组学进一步解析真实生产条件下不饱和脂肪酸的作用。
图4脂肪酸对模拟大曲颜色及特征风味的影响(各组大曲实物照片、颜色参数ΔE、TBARS、桑基图、挥发性物质分类含量、关键风味物质定量子图)
（5）不同褐变大曲脂质代谢功能差异体外模型证实脂质氧化促褐变效应
构建UA（不饱和脂肪酸+氨基酸）、UAG（不饱和脂肪酸+氨基酸+葡萄糖）体外反应模型，测定羰-胺中间产物（A290）与褐变强度（A420），解析脂质氧化促褐变机制。
随不饱和脂肪酸添加量增加，体系褐变程度上升；加入抗氧化剂BHT后，中间产物积累与褐变均被显著抑制，直接证明不饱和脂肪酸氧化能够生成褐色中间产物。同时含葡萄糖、氨基酸、不饱和脂肪酸的UAG体系褐变快于UA体系，说明不饱和脂肪酸可加速羰-胺反应。A290和A420变化趋势一致，褐变强度和反应前体丰度正相关。该模型证实脂质氧化参与高温大曲非酶褐变，后续还需靶向解析中间产物进一步揭示分子机理。
图5模型体系加速氧化过程中羰胺中间产物（A290）与褐变强度（A420）变化
4.结论
本研究以黑曲、黄曲、白曲三种不同褐变程度的高温大曲为对象，结合理化检测、微生物组学、模拟大曲发酵与体外反应模型，系统探究不饱和脂肪酸介导的脂质氧化在大曲褐变分化及特征风味形成中的作用机制。
结果表明，除蛋白质介导的美拉德反应外，原料脂肪含量与大曲褐变程度呈极强正相关。大曲发酵过程发生明显脂质氧化，氧化标志物TBARS、共轭二烯的含量与褐变程度相匹配，曲堆温度差异造成脂质氧化水平分化，进而形成大曲色泽差异。不同褐变大曲挥发性物质组成差异显著，黑曲富集四甲基吡嗪、三甲基吡嗪等烘烤坚果类物质，白曲富含苯乙醇、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚等花果、烟熏类物质，脂质氧化显著参与大曲风味轮廓构建。
微生物层面，脂质降解代谢主要由细菌驱动， Kroppenstedtia可分泌脂肪酶并合成氨基酸，促进脂质氧化与美拉德反应耦合；Thermomyces分泌脂肪酶释放游离不饱和脂肪酸，推动其氧化降解。功能预测显示真菌侧重脂质生物合成，细菌主导脂肪酸降解氧化；脂肪酶活力、酸度等非生物因子与微生物协同调控不饱和脂肪酸的消耗。
模拟发酵证实不饱和脂肪酸是大曲褐变与吡嗪生成的关键前体，亚油酸、亚麻酸对吡嗪合成贡献最显著。体外UA、UAG模型进一步证明，不饱和脂肪酸氧化可生成褐色羰-胺中间产物，并加速羰-胺反应，佐证脂质氧化参与大曲非酶褐变。
综上，本研究证实不饱和脂肪酸及其脂质氧化是高温大曲褐变分化与风味品质差异的重要诱因，不饱和脂肪酸可作为大曲品质评价的新型潜在标志物，弥补传统感官与理化评价的不足，为大曲工艺优化与品质定向调控提供理论依据。
本研究模拟发酵周期短，难以完全复刻工业大曲42d真实发酵环境。后续可开展全周期时序采样，结合多组学解析微生物-脂质氧化-美拉德反应的互作机制，并开展生产层面工艺探究，推动理论结果落地应用。