微生物“组团”成功复刻特定风味

　　合成微生物群落技术的核心，是从“被动观察菌群”转向“主动设计菌群”，实现了从“测风味”到“算风味”的跨越。随着合成微生物群落技术的发展，发酵食品产业将迎来理念革新与技术跃迁。

　　◎实习记者 姚易安

　　日前，一项发表于国际期刊《自然·微生物学》的研究引发关注：科研团队通过9种微生物组成的合成群落，成功复刻出哥伦比亚产区巧克力特有的焦糖与花香风味。

　　这一突破不仅破解了可可发酵的风味密码，更标志着合成微生物群落技术迈入人工设计、精准调控新阶段，为发酵食品的定制化风味制造奠定了科学基础。

　　人工设计“微生物战队”

　　提到巧克力，人们往往会联想到浓郁的可可香或是焦糖甜香。但很少有人知道，这些独特风味的形成，全靠可可豆发酵这一关键步骤。

　　传统巧克力的 *** 流程并不复杂：从可可果荚中取出裹着果肉的可可豆，将其堆积起来自然发酵，待风味物质初步形成后，再进行干燥、烘焙、研磨等后续加工。但就是这种自然发酵却成了巧克力产业长期以来的“心病”。

　　“葡萄酒、啤酒酿造时，会人工添加标准化的酵母菌种；奶酪 *** 时，也有相应的发酵菌株可供使用，从而稳定风味和品质。但可可发酵不一样，它完全依赖环境中的野生微生物——比如原料、环境空气中的酵母、细菌，甚至工人手上的微生物都可能影响发酵过程。”北京工商大学食品与健康学院教授李秀婷在接受采访时解释，这种无人工干预的发酵模式，导致可可风味极不稳定：同一产区的可可豆，今年发酵出的巧克力可能带花香风味，明年就可能因雨水多、微生物种类变化，变成偏酸的风味；更麻烦的是，野生微生物中可能会混入有害杂菌，导致可可豆发酵失败，产生霉味、涩味等异味，严重影响巧克力品质。

　　而此次发表的新研究，恰恰瞄准了这一痛点。科研团队通过大量筛选和实验，最终确定了3种酵母、4种乳酸菌和2种醋酸菌，组成了一个功能明确的合成微生物群落。这9种微生物并非随意搭配，而是模拟了自然发酵过程中微生物的协同工作模式，各自承担着不同的任务。

　　“酵母就像开路先锋，首先分解可可果浆中的糖分，产生酒精和少量有机酸，为后续微生物创造适宜的生长环境；接着，乳酸菌登场，将酒精转化为乳酸等酸性物质，降低发酵体系的pH值，同时生成部分小分子风味物质；最后，醋酸菌把残留的酒精转化为醋酸，进一步调节风味，还能抑制杂菌生长，避免异味产生。”李秀婷通俗地解释了菌群的协同机制，“这就像一支配合默契的工程队，每个成员各司其职，最终共同完成风味的‘精准搭建’。”

　　实验结果显示，这个人工设计的“微生物战队”表现远超预期。它不仅能稳定产生可可风味的关键原材料，即风味前体物质，还能显著提升巧克力中产生果香、花香类香气的成分（如酯类物质）含量；更重要的是，由于菌群组成明确、可控，彻底避免了传统自然发酵中杂菌污染的问题，使巧克力的风味稳定性大幅提升。此外，研究团队还实现了巧克力的风味定制：通过调整不同菌株的比例，比如增加某种乳酸菌的数量，就能让巧克力的焦糖香气更浓郁；调整酵母的种类，就能让巧克力的花香更突出。

　　从“测风味”到“算风味”

　　这项突破的背后，是合成生物学与食品科学的深度融合。中国农业大学食品科学与营养工程学院教授陈晶瑜在采访中指出，合成微生物群落技术的核心，是从“被动观察菌群”转向“主动设计菌群”，实现了从“测风味”到“算风味”的跨越。

　　“过去研究发酵食品风味，我们更多的是事后分析。比如巧克力做好了，检测里面有哪些风味物质，再倒推可能是哪种微生物起了作用。但这种方式无法精准控制过程，只能靠经验调整。”陈晶瑜说，而合成微生物群落技术则完全不同，它的核心步骤可以分为三步。

　　之一步是微生物组分析与功能菌株筛选。研究人员在识别传统自然发酵食品中核心功能微生物群的基础上，结合培养组学 *** ，可从自然发酵的食品中分离出成百上千种微生物，然后通过实验了解每种微生物的功能，比如能否分解糖分、产生哪些代谢产物、是否会抑制其他微生物等，最终获得功能明确的核心菌株。

　　第二步是解析代谢 *** 。研究人员可通过宏基因组学、宏转录组学、代谢组学等技术，绘制出群落中或者每种菌株可能的代谢路径图，进而进行验证实验，以求进一步明晰这些代谢产物是如何提供风味贡献的。

　　&p;第三步是精准调控风味。在上述研究的基础上，研究人员通过数据整合与建模，设计合成微生物组，进行群落组装，同时，还可以控制发酵温度和时间等参数，最终实现对风味物质的定向合成与调控。陈晶瑜解释，这种调控不是凭感觉，而是基于明确的生物学机制，就像搭积木一样，通过调整不同的模块，得到想要的风味成品。

　　值得注意的是，这项技术还解决了传统自然发酵中的量化难题。陈晶瑜提到，传统可可发酵中，工人判断发酵终点主要靠感官经验，比如看可可豆的颜色从白色变成深棕色、闻其气味是否有酸败味等，但这种判断没有统一标准，很容易出现发酵不足或发酵过度的问题。

　　李秀婷指出，这项研究为实现可可豆发酵从“靠经验”到“用数据”的转变提供了三种工具：一是量化设计菌群，通过宏基因组学精准识别关键功能菌株；二是指标化监控过程，明确pH值和温度曲线为关键客观指标，未来可用传感器监测替代感官判断；三是模型化预测风味，建立微生物活动与风味化合物的定量关联模型，使通过监测参数预测成品风味成为可能。

　　可用于更多发酵食品生产

　　合成微生物群落技术驱动的风味设计正迈向精准化时代。这一突破不仅为巧克力产业带来革命性前景，也为传统发酵食品的现代化升级提供了新范式。通过解析微生物互作 *** 与风味形成机制，科研人员正逐步揭开风味背后的生物学密码。

　　当前，这一技术突破正加速向更多发酵食品赛道拓展。在云南咖啡产区，云南农业大学食品科技学院团队的一项研究表明，合成菌群让咖啡湿法发酵周期缩短了46.7%，同时实现了麝香猫咖啡的核心香气复刻；在重庆永川豆豉生产中，由西华大学、西南大学等专家组成的研究团队通过筛选曲霉属、毛霉属等核心菌株构建定向菌群，稳定了蛋白酶活性，解决了传统固态发酵批次波动的难题；华中农业大学团队为榨广椒设计了由2种细菌、3种真菌组成的合成微生物群落，将其发酵周期缩短15天，显著提升了挥发性风味物质产量，增强了榨广椒的品质稳定性。

　　陈晶瑜强调，不同发酵食品的技术成熟度存在差异：葡萄酒、酸奶、奶酪等的风味调控技术相对成熟，有较为丰富的菌种资源，已有商品化直投发酵剂；酱油、食醋虽然也开发了微生物直投发酵剂进行接种发酵，但复杂香气的形成在一定程度上仍依赖经验；而白酒、可可豆、红茶等的发酵体系更复杂，其风味调控技术还在发展中。未来，随着技术的完善，这些依赖经验的发酵环节均有望通过数据化实现精准调控。

　　李秀婷认为，合成微生物群落技术的主要瓶颈在于群落调控算法。目前，微生物筛选已因技术进步而变得更高效，然而真正的挑战在于解析多菌种与环境因素间复杂的动态相互作用，并建立能精准预测群落行为的数学模型。

　　随着合成微生物群落技术的发展，发酵食品产业将迎来理念革新与技术跃迁。未来，基于可控菌群的智能发酵系统将实现按需定制，消费者可自由选择心仪口感，传统发酵食品的产业版图也将被重构。