APPS | 干蝦貯藏期間微生物群落演替及其與揮發(fā)性成分動態(tài)的相關(guān)性

本文系A(chǔ)gricultural Products Processing and Storage原創(chuàng)編譯，歡迎分享，轉(zhuǎn)載請授權(quán)。

Introduction

干蝦作為全球受歡迎的水產(chǎn)品，因營養(yǎng)豐富、口感佳而受青睞，但貯藏期間易發(fā)生風(fēng)味劣變，嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)與商業(yè)化價值。此前研究發(fā)現(xiàn)，干蝦異味劣變與貯藏過程中微生物活動密切相關(guān)，且蝦體不同部位貢獻存在差異—蝦頭內(nèi)臟是異味劣變的主要來源，其含有的微生物會分解蛋白質(zhì)、合成氨基酸代謝產(chǎn)物（如苦味氨基酸脫氨基產(chǎn)物），而去除蝦頭內(nèi)臟的樣品在20 d貯藏期內(nèi)仍能保持新鮮且無異味，蝦肉中總活菌數(shù)僅達2.41（lg（CFU/g））。

然而，目前對導(dǎo)致干蝦異味的特定微生物及關(guān)鍵異味化合物（KOFCs）的認知仍不明確。蝦頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，活體時可保護蝦體抵御生物、物理及化學(xué)脅迫，死后卻成為微生物生長的主要營養(yǎng)源（活體蝦頭微生物占比達50%～80%），且蝦內(nèi)臟（如腸道、肝臟）是重要微生物庫，與海鮮腐敗相關(guān)。但現(xiàn)有研究多聚焦于蝦的生長階段、新鮮全蝦及蝦頭的腐敗微生物，對加工品（如干蝦）內(nèi)臟的研究較少。同時，揮發(fā)性化合物是貯藏期食品品質(zhì)的重要指標(biāo)，雖有研究指出蝦頭內(nèi)臟與干蝦香氣相關(guān)，且加工過程中細菌及其代謝物會影響香氣前體，但貯藏期間微生物與揮發(fā)性風(fēng)味化合物（VFCs）對干蝦品質(zhì)的影響尚未被深入探究。

基于此，本研究采用Illumina MiSeq測序和頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（HS-SPME-GC-MS）技術(shù)，分析干全蝦（DW）、干蝦肉（DM）和干蝦頭（DH）的微生物群落與揮發(fā)性化合物；結(jié)合氣味活性值（OAV）與正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）篩選關(guān)鍵異味化合物；通過Pearson相關(guān)性分析揭示微生物群落演替與揮發(fā)性成分動態(tài)的潛在關(guān)聯(lián)，旨在為干蝦品質(zhì)提升提供理論依據(jù)。

Results and Discussion

干蝦不同部位貯藏期間的微生物多樣性與群落演替

α-多樣性變化：對27個干蝦樣品的16S rRNA基因V3-V4區(qū)測序，獲得687349條有效序列。DH和DW組的觀測OTUs、Chao1、ACE等群落豐富度指數(shù)及Shannon多樣性指數(shù)，在貯藏0 d顯著低于10 d和20 d，10～20 d趨于穩(wěn)定；而DM組的上述指數(shù)隨貯藏時間延長顯著下降，最終觀測OTUs為645、Shannon指數(shù)為3.058。三組樣品微生物群落多樣性排序為DH＞DW＞DM，且所有樣品Good’s覆蓋率均≥99.7%，稀釋曲線趨于平緩，表明測序結(jié)果可靠。

群落組成演替：門水平上，DH組各階段均以發(fā)光菌門（Photobacteria，42.58%～52.28%）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和放線菌門（Actinobacteriota）為主；DM組各階段均以厚壁菌門（Firmicutes，57.28%～88.73%）為主；DW組貯藏初期厚壁菌門占比39.69%，后期發(fā)光菌門成為優(yōu)勢菌（最終占比52.78%），且DH組的發(fā)光菌門、擬桿菌門和放線菌門豐度顯著高于DW組（P＜0.05），說明這三類菌主要來源于蝦頭。

屬水平上：DH組初期以Taeseokella（12.15%）為主，貯藏20 d后發(fā)光菌屬（Photobacterium）和弧菌屬（Vibrio）成為優(yōu)勢屬，總占比約15.82%；DW組初期以芽孢桿菌屬（Bacillus，38.17%）為主，后期發(fā)光菌屬（18.14%）和弧菌屬（6.87%）豐度顯著上升（P＜0.05），芽孢桿菌屬豐度下降；DM組各階段均以葡萄球菌屬（Staphylococcus，13.02%～88.62%）為主，腐敗菌（如發(fā)光菌屬）含量極低。聚類熱圖顯示，含蝦頭內(nèi)臟的DW（0～20 d）和DH（0～20 d）聚為一類，DM（0～20 d）單獨聚類，證實蝦頭內(nèi)臟固有微生物是干蝦貯藏期微生物的主要來源。

功能預(yù)測：通過PICRUSt2預(yù)測細菌功能，發(fā)現(xiàn)氨基酸代謝、碳水化合物代謝和脂質(zhì)代謝是影響干蝦風(fēng)味的關(guān)鍵通路。DM組碳水化合物代謝隨貯藏時間增強，氨基酸代謝減弱；DW和DH組各階段均以氨基酸代謝為主。相關(guān)性分析顯示，厚壁菌門的葡萄球菌屬與碳水化合物代謝呈負相關(guān)（r＝-0.883），發(fā)光菌門的發(fā)光菌屬與氨基酸代謝呈正相關(guān)（r＝0.690），這一差異可能導(dǎo)致三組樣品風(fēng)味物質(zhì)動態(tài)變化不同。

圖1 蝦干貯存期間微生物多樣性及組成

干蝦不同部位貯藏期間的風(fēng)味演變與關(guān)鍵異味化合物篩選

揮發(fā)性化合物（VFCs）變化：共檢測到109種揮發(fā)性化合物，包括19種含氮化合物、13種酮類、16種醛類等，其中DW、DH、DM組分別檢測到91、94、66種。DH和DW組的VFCs種類與含量隨貯藏時間顯著增加（P＜0.05），貯藏20 d DH組VFCs總量達26388.80 ng/g，DW組達14624.10 ng/g；而DM組VFCs含量始終較低且變化不顯著。新鮮樣品中烴類占比最高（DM組65.42%、DW組63.16%、DH組30.34%），但烴類對干蝦風(fēng)味貢獻較小；貯藏后期DH和DW組的烴類、含氮化合物及醛類、酮類含量顯著上升，與感官變化趨勢一致。

關(guān)鍵異味化合物（KOFCs）篩選：結(jié)合OAV（＞1）與OPLS-DA（VIP＞1），共篩選出39種KOFCs，包括8種含氮化合物（6種吡嗪、2種胺）、6種酮類、9種醛類等。DH和DW組各檢測到39種KOFCs，DM組檢測到32種。DH組OAV總和（360.69～2314.51）最高，DW組次之（298.30～1524.87），DM組最低（205.74～229.15）。其中3-乙基-2,5-二甲基吡嗪（DW和DH組OAV分別為525.49、607.11）和己醛（DW和DH組OAV分別為205.394、432.645）是主要風(fēng)味貢獻者。此外，首次在DW和DH組檢測到氨基甲酸銨（保留時間3.68 min），推測其可能是干蝦氨味異味的新來源，且該物質(zhì)在DM組未檢出。

圖2 揮發(fā)性化合物分析

圖3 37 ℃條件下蝦干樣品VFC OAV值的聚類熱圖

圖4 根據(jù)VFC濃度對蝦干樣品進行多元統(tǒng)計分析

微生物群落與揮發(fā)性化合物的相關(guān)性

為探究干蝦樣品中微生物與揮發(fā)性物質(zhì)的關(guān)系，本研究選取了豐度排名前10的細菌群落及39種關(guān)鍵異味化合物（KOFCs，滿足氣味活性值OAV＞1且變量投影重要性VIP＞1），并通過Pearson相關(guān)性分析建立了二者在干蝦貯藏期間的關(guān)聯(lián)。Pearson相關(guān)性分析顯示，所有 KOFCs均與細菌存在關(guān)聯(lián)。DW和DH組的優(yōu)勢菌—發(fā)光菌屬（Photobacterium）與35種KOFCs呈正相關(guān)，是導(dǎo)致干蝦風(fēng)味劣變的主要腐敗菌；弧菌屬（Vibrio）與多數(shù)KOFCs呈正相關(guān)（P＜0.05），二者均能產(chǎn)生大量H?S、三甲胺（TMA）及揮發(fā)性化合物。而DM組的優(yōu)勢菌—葡萄球菌屬與關(guān)鍵揮發(fā)性成分呈負相關(guān)，推測其可通過降解胺類、降低pH抑制有害微生物，減少腐敗風(fēng)險，這也解釋了DM組貯藏期間風(fēng)味變化不顯著的原因。此外，丙酸桿菌屬（Propionigenium）、芽孢桿菌屬（Bacillus）和寒冷桿菌屬（Brumimicrobium）也與某些烴類化合物存在相關(guān)性。芽孢桿菌屬還可能通過產(chǎn)生有機酸降低pH以保障產(chǎn)品安全，但丙酸桿菌屬、寒冷桿菌屬與風(fēng)味的關(guān)聯(lián)仍需進一步研究。

圖5 主要氣味劑濃度和倍數(shù)變化的熱圖

圖6 基于Pearson相關(guān)性的優(yōu)勢菌屬和關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)的熱圖

Conclusion

本研究探究了干蝦頭（DH）、干蝦肉（DM）和干全蝦（DW）貯藏期間微生物群落演替與揮發(fā)性風(fēng)味化合物（VFCs）動態(tài)的相關(guān)性，主要結(jié)論如下：

蝦頭的存在顯著影響干蝦微生物群落結(jié)構(gòu)與風(fēng)味品質(zhì)：DW初期以芽孢桿菌屬為主，DH初期以Taeseokella為主，貯藏后期二者均被發(fā)光菌屬和弧菌屬取代；而DM組各階段均以葡萄球菌屬為主。

隨微生物群落演替，DW和DH組的揮發(fā)性風(fēng)味化合物種類與含量顯著增加，DM組無顯著變化；共篩選出39種關(guān)鍵異味化合物（KOFCs），其中首次在干蝦中發(fā)現(xiàn)氨基甲酸銨，推測其為氨味異味的新貢獻者。

Pearson相關(guān)性分析證實，發(fā)光菌屬和弧菌屬與KOFCs呈正相關(guān)，是導(dǎo)致干蝦風(fēng)味劣變的主要微生物；葡萄球菌屬與KOFCs呈負相關(guān)，可能具有抑制異味產(chǎn)生的作用。

本研究為干蝦腐敗菌分離、生物防腐劑開發(fā)及貯藏保鮮策略優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)，后續(xù)可通過接種關(guān)鍵腐敗菌株結(jié)合代謝組學(xué)，進一步探究其對干蝦揮發(fā)性與非揮發(fā)性成分的影響。

Insights into microbiota community succession and its correlation with the dynamics of volatile components in dried shrimp during storage

Yan Bai1, Huanchi Tang1, Yanbo Wang2, Zhigang Ke1, Shulai Liu1, Yuting Ding1,3, Xuxia Zhou1*

1 Key Laboratory of Green, Low-Carbon and Efficient Development of Marine Fishery Resources, College of Food Science and Technology, National R&D Branch Center for Pelagic Aquatic Products Processing (Hangzhou), Zhejiang University of Technology, Hangzhou, 310014, China

2 Beijing Technology and Business University, Beijing, 100048, China

3 Food Science Research Institute of Zhangzhou, Zhangzhou, 363000, China

*Corresponding author.

Abstract

Dried shrimp odour deterioration is closely linked to microbial metabolism in various body parts, especially the cephalodorax viscera. However, the microorganisms responsible for this process and the key off-flavor compounds (KOFCs) remain poorly understood. This study examined the microbial and flavor characteristics of head (DH), meat (DM), and whole shrimp (DW). Bacillus (38.17%) and Taeseokella (12.14%) predominated in DW and DH at the initial stage, respectively, but were replaced later by Photobacterium (DW: 18.14%, DH: 10.15%) and Vibrio (DW: 6.87%, DH: 5.68%). As microbiota dynamics evolved, the types and concentrations of volatile compounds increased in both DW and DH but not in DM, which was dominated by Staphylococcus at all stages. A totaly of 39 KOFCs were found to differentiate the 3 groups, among which ammonium carbamate was first identified in dried shrimp. Further correlation analysis showed that Photobacterium and Vibrio in the cephalodorax viscera were the primary microorganisms causing flavor deterioration. This work offers novel perspectives on the mechanisms underlying shrimp deterioration.

Reference:

Bai, Y., Tang, H., Wang, Y. et al. Insights into microbiota community succession and its correlation with the dynamics of volatile components in dried shrimp during storage. Agric. Prod. Process. Sto. 1, 23 (2025). https://doi.org/10.1007/s44462-025-00027-3

翻譯：張慶芬（實習(xí)）

編輯：梁安琪；責(zé)任編輯：孫勇

封面圖片來源：圖蟲創(chuàng)意

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