综述：发酵芥末块品质的理性设计：通过质地与风味的协同作用以及有针对性的发酵策略，从经验性加工向精准控制转变

芥菜根茎发酵中脆感与风味协同机制研究提出"源-过程-控制"框架，解析遗传调控、酶促反应及微生物群落动态对质地与风味耦合的作用，建立从基因到感官特性的系统理论，为理性设计发酵工艺提供理论依据。

陈文鑫|秦晓丽|史萍萍|钟金凤

中国西南大学食品科学学院，重庆400715

摘要

背景

发酵芥末根是一种全球受欢迎的蔬菜产品，其独特的口感和复杂的风味使其备受青睐。然而，控制这些特性共同演化的生物学和物理化学机制仍不清楚，这阻碍了从经验性加工向标准化工业生产的转变。

范围和方法

本综述建立了一个综合的“源-过程-控制”框架，以解析从原材料到最终产品的质量形成过程。我们系统地分析了茎部膨胀和硫代葡萄糖苷生物合成的遗传决定因素，追踪了由内源酶驱动的动态演变，并阐明了发酵生态系统中的代谢网络。

主要发现和结论

本综述阐明了组织破坏作为生物化学开关在口感演变和风味前体释放中的作用。我们讨论了加工技术如何作为调节器来调节内源酶活性（例如，激活果胶甲基酯酶或抑制芥子酶），同时环境压力如何塑造功能性微生物群落（例如Lactobacillus的优势）。此外，我们提出了一种从自发发酵向具有目标代谢活性的功能性微生物群落理性设计的范式转变——即具有模块化代谢功能的定制群落。我们认为，将这种工程策略与空间多组学相结合，将能够精确调节口感-风味的协同作用，从而促进发酵蔬菜产业从经验性手工制作向数据驱动的可持续制造的转变。

引言

腌制芥末根（Brassica juncea var. tumida）是一种传统的发酵蔬菜，因其独特的文化和感官吸引力而在全球市场上占据重要地位。消费者的接受度主要取决于两个核心品质特征：脆爽的口感和复杂的风味（图1）。脆爽口感来源于原材料结构和加工过程（Chien, Lee等人，2023年），而风味则来源于硫代葡萄糖苷（GSL）前体，并通过微生物代谢形成（Li等人，2025年）。阐明这种微观结构-风味之间的联系可以可靠地预测发酵芥末的质量。这种相关性源于一个分层的调控级联。遗传潜力决定了酶-底物的储备，而加工条件则作为“生物化学开关”，将结构降解与微化学转化联系起来，从而促进风味的发展；微生物群落作为核心催化引擎，介导关键风味活性代谢物的生物合成。未来的研究必须从单一变量分析转向解码这些协同的、跨因素的反馈循环，以实现精确的质量工程。

尽管对单个质量参数进行了大量研究，但这些机制的全面整合仍然难以实现。现有文献大多将加工引起的口感变化（Zheng, Jiang, Liu, Pan, & Gao, 2024）与风味化学分开讨论。细胞壁降解与风味合成之间的生物化学联系被忽视了，这掩盖了从基因型到感官特征的风口-风味共同演化过程。为了解决这一差距，本综述提出了一个概念性的综合“源-过程-控制”框架。质量工程被定义为一种系统性的范式，它整合了生物学、物理学和技术策略，以实现数据驱动的理性设计。在这个框架内，目标微生物群落的设计遵循合成微生物群落原理和基因组规模的代谢建模，以准确预测微生物相互作用和代谢物轨迹。具体来说，目标微生物群落是由经过精心挑选的成员组成的合成联盟，这些成员具有互补的、由基因组编码的功能，可以调节芥末根的质量（Nikoloudaki, Aheto, Di Cagno, & Gobbetti, 2024）。因此，口感-风味质量被概念化为一个可控的系统变量，由工程化的微生物群落动态所塑造（Karimi, Tap, Champomier-Vergès, & Chaillou, 2026）。在操作上，组织破坏和预定义的盐度/温度参数会改变可测量的植物材料特性，如底物可及性和内源酶活性。这些改变随后会调节微生物群落的代谢以及关键产物的时间动态，包括有机酸和目标香气代谢物（Lee等人，2024年）。

章节摘录

细胞学和遗传基础

茎部膨胀的形态发生是由细胞增殖和细胞扩张协调控制的。这一过程由复杂的遗传结构控制，包括主要效应基因和多基因（Shi等人，2012年；Liu, Zhang, Leng, Li, & Xiao, 2014年）。在解剖学层面，茎部膨胀与皮层和髓部薄壁细胞的数量和体积增加有关（Li, Xie等人，2020年）。在细胞学层面，这一过程表现出空间

风味系统的化学蓝图：物质基础和动态演化

基于第2节建立的理论框架，风味系统通过完整植物组织中物理分离的风味前体的受调控生化转化而发展。本节进一步阐明，通过机械加工引起的组织破坏和内源酶介导的软化提高了反应底物的生物可及性，从而促进了下游途径的反应。

发酵的生物引擎：微生物群落的演替和代谢功能

第2节讨论了质量的基础和物理基础：从基因组到加工后的口感；第3节讨论了风味系统的化学蓝图：物质基础和动态演化，这些内容涉及腌制芥末根的结构和风味演化，其中微生物是这些过程的核心调节者。本节探讨了微生物的组装和代谢相互作用，阐明了微生物演替动态如何通过酶调节和结构-风味

基于机制的目标质量工程：生物学和物理控制策略

为了合理设计腌制芥末根的质量，我们提出了一个三核心的质量工程框架（生物调节、物理修饰、工艺优化）（图5）。其实际应用的技术限制将在后续的“技术挑战和工业瓶颈”部分讨论。

结论和展望

本综述明确指出，发酵芥末根独特的感官质量源于复杂的生物和物理化学相互作用，而不是随机结果。虽然原材料提供了结构和化学基础，但加工过程作为生物化学触发器，激活内源酶来重塑细胞壁果胶并释放挥发性ITCs。这一过程最终在发酵过程中完成，其中环境因素驱动微生物演变为一个功能性群落，

未引用的参考文献

Chien等人，2023年；Li等人，2020年；Li等人，2024年；Li等人，2023年；Li等人，2020年；Wang等人，2024年；Wang等人，2024年；Zhang等人，2023年；Zhang等人，2021年；Zhang等人，2022年；Zhu等人，2024年。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

CRediT作者贡献声明

陈文鑫：数据整理、可视化、初稿撰写；秦晓丽：可视化、验证、审稿和编辑；史萍萍：验证、审稿和编辑；钟金凤：概念构思、资金获取、项目管理、监督、审稿和编辑。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（2024YFD2101400）、西南大学福利学院的合作项目（编号FLYJY202403）、国家自然科学基金（编号32572722）以及重庆市科学技术局自然科学基金项目（编号CSTB2024NSCQ-MSX1009）的支持。