代谢组是指在生物介质中发现的小分子化合物的动态整体，通常是生命活动的基础，参与生物体内的代谢途径。代谢组学是以生物介质中的代谢物为对象，利用高分辨率质谱技术及核磁共振技术等，对代谢物进行大规模检测和定量分析[1]。微生物产生的代谢物分初级代谢产物和次级代谢产物，其中初级代谢产物直接参与维持微生物的生命活动，而次级代谢产物的功能大多情况下是不确定的，部分次级代谢产物具有一定积极的作用，如抗生素，还有一部分次级代谢产物具有不良作用，如细菌毒素[2]。微生物代谢组学是通过对微生物代谢物的数据采集、代谢物注释、鉴定和定量来揭示微生物的代谢途径及变化规律。
发酵食品是通过微生物的代谢将底物转化为新产品，从而使发酵食品产生新的营养物质及独特的风味。随着组学技术的发展，发酵食品的研究也随之改变。目前微生物代谢组学技术在发酵食品风味形成、发酵过程控制、优化发酵工艺、筛选优势菌种等方面发挥重要作用。本文围绕微生物代谢组学的研究过程及其在发酵食品中的应用进行论述，讨论微生物代谢组学在发酵食品中的研究现状，并展望微生物代谢组学在发酵食品中的最新应用趋势，以期为代谢组学在发酵食品中的应用研究提供重要参考。
1 微生物代谢组学的研究过程
1.1 样品制备
微生物在体积、结构及生化特性方面具有多样性，因此很难设计出一种通用的微生物代谢组学样品制备方法，需要根据具体的研究内容选择合适的样品制备方法。如代谢“足迹”研究，也就是对于细胞外代谢物的分析，因此只需要提取胞外代谢物；胞外代谢物的提取较为简单，如通过过滤、离心进行提取即可，而要做代谢“指纹”分析，也就是分析细胞内代谢物库，则需要保持细胞状态完好，再进行破壁提取，提取程序更为复杂，一般包括快速取样、淬火和提取代谢物[3]。靶向代谢组学，需要根据提取目标代谢物的特点来设计不同的提取试验，而非靶向代谢组学在设计提取实验时应注重普适性和无偏性、代谢物覆盖范围广等特点[4]。因此，每一个微生物代谢组学的分析试验，都需要根据微生物特点、细胞壁结构、生长条件等方面单独规划，进而选择更为合适的代谢物提取程序。
1.2 代谢物的分析与检测
质谱（mass spectrometry，MS）和核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）是用于代谢物鉴定的两种强大技术。
1.2.1 色谱-质谱联用技术
色谱-质谱联用技术因其具备高分离度、高通量、高灵敏度的优点被广泛应用到代谢组学的研究中。两种常用的分离技术为气相色谱串联质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）和液相色谱串联质谱（liquid chromatograph-mass spectrometer，LC-MS）。
GC-MS 是挥发性代谢物研究的首选分离技术，如有机酸、氨基酸、醇、酯等，与GC-MS 相比全二维飞行时间质谱（comprehensive two-dimensional gas chromatography-time of flight mass spectrometer，GC×GC-TOFMS）可以更好地分离代谢物[5]。但是基于GC-MS 的代谢组学的缺点是分析前需要进行复杂的样品预处理，部分样品还需要进行衍生化来改变其极性，进而更有效地分离。因此，此方法不能满足短时间内大量样品的检测需求。LC-MS 可用于分析可溶性、非挥发性代谢物，如类黄酮、磷脂、生物碱等物质[6]。在发酵食品方面主要应用于复杂发酵基质的食品，如茶、腌渍食品[7-8]。比较常见的LC-MS 有高效液相色谱-质谱联用（high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry，HPLC-MS）、超高效液相色谱-串联质谱（ultra performance liquid chromatography/tandem mass spectrometry，UPLC-MS），但LC-MS 也有一定的局限性，不能应用于亲水性代谢物质的分离[9]。
毛细管电泳质谱（capillary electrophoresis-mass spectrometry，CE-MS）作为GC-MS 和LC-MS 的补充工具，能够获得两者无法获得的重要代谢物。CE-MS 不仅可以分析水溶性的代谢物，还可以分析极性小分子代谢物以及大分子蛋白质化合物。尽管有这些优点，CE-MS 重现性较低、灵敏度较弱的缺点，阻碍了其在微生物代谢组学中的广泛应用[10]。
1.2.2 核磁共振技术
核磁共振技术是微生物代谢组学指纹图谱分析中常用的分析工具之一，也是确定未知代谢物的主要手段。基于NMR 的代谢组学技术，样品制备简单，不需要化学提取；此外NMR 技术能够采用最简单的样品提取方法根据样品摩尔浓度以及H+数目与NMR 强度之间形成的比例关系进而进行定量分析[11]。尽管其还是有灵敏度较低、仪器庞大昂贵的缺点，但其为难电离或者需要衍生化的代谢物的检测提供了可能[11]。NMR还可以鉴定具有相同质量的化合物，比如同分异构体，还可以通过同位素标记来追踪代谢途径和代谢通量[12]。各种基于NMR 的微生物代谢组学研究已应用于牛奶[13]、发酵调味品[14]、发酵酒饮料[12]等领域中。
1.3 代谢组学数据处理与分析
代谢组学分析得到的数据大多较为复杂，因此得到样本的原始谱图后，需要使用专用软件对数据进行预处理，对代谢物进行定量分析，常用的软件如Thermo Scientific 的商业软件SIEVETM，在线数据预处理平台XCMS Online 等，进行如降噪、基线校正、归一化等预处理步骤[15]。
预处理后的数据再进行多元统计分析和生物信息学分析。主要的代谢组学分析工具有MetaCoreTM、Metabo Analyst、SIMCA-P 等软件，其中Metabo Analyst是代谢组学数据分析的常用工具[15]。
多元统计分析最常用的为模式识别技术，一般分为监督模式识别法和非监督模式识别法。其中非监督方法的主成分分析（principal components analysis，PCA）和监督方法的偏最小二乘法判别分析（partial least squares discriminant analysis，PLS-DA）是代谢组学常用的分析方法[16]。主成分分析是一种简化数据的技术，它通过对数据进行降维处理，把复杂的数据不断降维形成几个主要成分，再绘制得分图，从中分析样本彼此之间的不同；偏最小二乘法判别分析则是按照预先定义的分类进行数据降维处理，进而筛选不同组之间的差异代谢物[16]。因此，偏最小二乘法判别分析可以认为是主成分分析的监督版本。
聚类分析主要用于识别具有相似特征或相同生物途径的代谢组，分为分层聚类和分区聚类，其中分层聚类主要包括样本树状图、代谢物聚类热图、样本相关性热图；分区聚类主要包括K-meams 聚类、K-medoids 聚类以及CLARA 聚类算法[15]。
代谢组学差异京都基因和基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）富集分析主要包括两部分，一是预测特定表型的生物标志物，二是通过代谢途径来识别导致表型的潜在蛋白质或基因。差异代谢物的KEGG 富集分析，主要基于京都基因和基因组百科全书（数据库）或是Metabo Analyst 来了解样本中的代谢途径变化机制[17]。具体微生物代谢组学分析流程见图1。
图1 微生物代谢组学分析工作流程
Fig.1 Microbial metabolomics analysis workflow
2 微生物代谢组学在不同发酵食品中的应用
2.1 微生物代谢组学在谷物类发酵食品中的应用
谷物类发酵食品通常指以谷物为基质利用微生物发酵而成的特色食品。如馒头、米糕、面包等发酵面食，或像中国白酒、黄酒、米酒或日本清酒等由粮食发酵而来的饮品。谷物类发酵食品不仅有着深受消费者喜爱得口味，也有着重要的营养功能。利用微生物代谢组学可以改善谷物发酵食品的风味特点，进而提高谷物发酵食品的品质。
白酒作为世界上最古老的蒸馏酒之一，其采用高粱、大米等谷物发酵而成。近年来微生物代谢组学应用于白酒中的研究逐渐增多。其中由微生物代谢产生的白酒风味物质是决定白酒品质的重要因素。微生物代谢组学在白酒风味中的研究主要分为以下两个方面，一是白酒中的主要风味物质与微生物之间的代谢关系，如徐岩[18]利用气相色谱-嗅闻（gas chromatography olfactometry，GC-O）法、GC-MS 结合分析6 种香型中的风味活性物质并对重要风味物质进行微生物代谢途径分析，确定了高产四甲基吡嗪的微生物代谢途径、高产酱香风味微生物的代谢特征以及清香型白酒特征物质DMST 的微生物代谢途径。二是通过不同地域之间微生物代谢产生的差异代谢物对白酒进行分类。Song 等[19]通过GC×GC-TOF-MS 研究了一种代谢组学策略区分四川盆地和长江淮河流域的浓香型白酒。酒曲是白酒酿造的主要糖化发酵剂，由大麦、小麦、豌豆等谷物压制成砖块，并富集大量自然界的微生物，在一定温度下培养制成。邓剑清[20]利用基于固相微萃取-气相色谱-质谱（solid phase microextraction-gas chromatograph-mass spectrometry，SPME-GC-MS）的微生物代谢组学，检测普通型高温大曲和强化型高温大曲的微生物代谢物组成，并比较两种大曲的不同，最终发现强化型大曲中的吡嗪类、苯乙醇等代谢产物明显高于普通型高温大曲，将强化型大曲应用于酱香型白酒的生产，能够提高酱香型白酒的品质。日本的米曲是一种由大米为基质接入黄曲菌后发酵2 d 而成的发酵剂。Lee 等[21]通过微生物代谢组学技术对不同研磨度的大米与微生物发酵的程度进行研究，发现研磨度为5～7 的大米制得的米曲中糖、有机酸、酚酸和脂质等微生物代谢产物具有较高丰度。
我国的传统调味品食醋有着千年的酿造历史，不同地域的食醋酿造原料不尽相同，南方的食醋大多以糯米和大米为主要原料，味微甜；北方的食醋以高粱和小米为主要原料，味较酸。Wang 等[22]采用微生物代谢组学的方法，发现稳定的细菌群落是决定镇江醋风味及品质的重要因素。Wu 等[23]使用宏基因组学结合微生物代谢组学的方法来阐明镇江醋发酵关键微生物的代谢网络，确定了3 种有机酸、7 种氨基酸和20 种挥发性化合物为镇江醋的主要代谢产物，并分析了微生物代谢基因和基因组（KEGG）代谢途径，该研究有助于阐明食醋风味在形成过程中微生物的不同代谢作用。醋的营养物质和部分生物活性化合物主要在酒精发酵和乙酸发酵两个阶段中产生。Kim 等[24]基于GC-MS对这两个发酵阶段的微生物代谢产物进行评估发现，酒精发酵对乳酸水平的影响大于乙酸发酵，而谷氨酸水平受乙酸发酵的影响大于酒精发酵。以上结果表明，通过控制发酵过程、改变发酵条件，能够使醋中的各类代谢物含量调整到所需水平。
研究具有高营养价值，感官风味优良的烘焙食品工艺正成为市场的趋势。Ferri 等[25]利用微生物代谢组学选择最佳面粉和微生物组合来来改善面包的感官和功能特性，通过检测不同小麦基质（硬质小麦和KAMUT®khorasan）发酵的面团中的菌株及其风味代谢产物，发现在以KAMUT®khorasan 为发酵基质的面团中发现了多酚化合物没食子酸，此研究将面团挥发性代谢物与面团发酵过程中的抗氧化性物质和多酚类物质相关联，证明微生物代谢组学可以快速组合面粉与微生物进而优化发酵。乳酸菌可以作为替代酵母的面包发酵剂，减少糖类物质的产生。Lopez 等[26]采用不同的乳酸菌发酵面包，并从微生物学和微生物代谢组学两方面分析发酵面团，发现乳酸菌的差异代谢物为肽、氨基酸和脂肪酰基，其中采用商业乳酸菌发酵剂Weissella cibaria 可以增强面包的功能特性。
2.2 微生物代谢组学在豆类发酵食品中的应用
豆类发酵食品指以豆类为主要原料，经过微生物的发酵制成的食品，如酱油、豆豉、腐乳等。在豆类发酵食品发酵生产中，采用微生物代谢组学实现了对发酵代谢物的快速、高频率定量，广泛应用于豆类发酵食品发酵工程的动态监测、发酵菌群的筛选等。
酱油是我国传统豆类发酵调味品，近些年来，许多研究者将微生物代谢组学技术应用到酱油发酵过程中，对酱油发酵过程中的微生物及其代谢产物进行分析，揭示酱油的发酵过程。Ko 等[27]通过核磁共振氢谱（1H-nuclear magnetic resonance，1H-NMR）光谱结合多元模式识别技术对酱油陈酿过程中的代谢物进行分析，发现陈酿12 年的酱油氨基酸和有机酸升高，碳水化合物减少，特别是陈酿过程中甜菜碱含量的不断增加，表明发酵时微生物代谢产物和酶等物质被陈酿时的嗜盐菌所利用。不同酱油品种其微生物代谢产物也不尽相同。李阳[28]基于代谢组学技术，采用超高效液相色谱串联四极杆轨道离子阱高分辨质谱分别对生抽和老抽的发酵产物进行差异性代谢物分析，发现生抽与老抽之间的差异代谢物共21 种，包括酯类、酸类、醇类、酮类化合物，其中生抽酱油中多为氨基酸及其反应物，而老抽酱油中多为香豆素衍生物。
韩国大酱是一种由黄豆发酵而成的调味品。大酱的质量取决于发酵时微生物群，不同地区微生物群落不同，制作出来的大酱风味也不同。Jeong 等[29]对韩国6 个不同地区的大酱进行微生物代谢组学分析，研究发现大多数地区的大酱含有大量有益菌，在韩国庆尚地区的大酱中发现了有害菌。清麯酱也是一种韩国豆酱，与大酱相似。Baek 等[30]和Kim 等[31]通过GC-TOFMS 和毛细管电泳-飞行时间质谱（apillary electrophoresis time-of-flight mass spectrometry，CE-TOF-MS）的代谢组学技术，研究接种不同芽孢杆菌菌株的清麯酱的发酵时间与代谢物变化之间的关系，其中Beak 等发现代谢物含量之间的差异取决于接种的菌株，Kim 等[31]发现代谢物主要受发酵时间的影响。
微生物代谢组学还应用在其他豆类发酵食品中。乳酸发酵豆奶含有生理活性物质，能够增强机体免疫力。Yang 等[32]对发酵豆奶进行了代谢组学分析，该豆奶用双歧杆菌和链球菌制备，在30 ℃发酵24 h。使用1H-NMR 光谱和PCA 研究代谢物并通过测定总酚和总黄酮含量阐明微生物发酵下的潜在活性，发现通过引入微生物可以改变豆奶中异黄酮的分布并提高苷元水平。天培是印度尼西亚的大豆发酵食品。Kadar等[33]对来自印度尼西亚7 个城市不同生产过程的天培进行分类，确定了不同生产过程的天培中的代谢产物，包括氨基酸、有机酸、其他化合物、糖和一些未知化合物，还发现导致不同天培代谢组的差异，可能是由于发酵过程中不同环境温度影响天培发酵的微生物群落。Li 等[34]采用基于气相色谱-飞行时间质谱的微生物代谢组学，评估豆豉发酵的代谢动力学，并对不同发酵时间的豆豉代谢产物进行多元统计分析，共鉴定出114 种代谢物，并发现发酵15 d 的豆豉与发酵15 d 以上的豆豉在代谢物上无差别。Lee 等[35]采用霉菌发酵4 种不同豆类（大豆、野生大豆、普通豆和风信子豆），并对发酵过程中的4 种豆类进行代谢组学和多元统计分析，发现4 种豆类在发酵过程中碳水化合物减少，氨基酸和脂肪增加，其中普通豆和风信子豆的氨基酸含量较高，大豆中的异黄酮糖苷配基和大豆皂苷均比野生大豆含量高，此研究为豆类发酵食品的原料选择提供了理论依据。
应用微生物代谢组学检测豆类发酵食品中的有害物质，已成为保障食品安全的重要手段。氨基甲酸乙酯（ethyl carbamate，EC）作为国际公认的二类致癌物，其大多存在于发酵饮品、酱油等发酵食品中。由于EC在发酵食品中作为痕量物质很难被检测，因此需要更加灵敏的检测仪器[36]。Zhou 等[37]对不同发酵阶段中酱油的代谢产物进行分析，结果表明乙醇和瓜氨酸是EC 的两个关键前体，并且EC 主要在酱油的热处理阶段形成。生物胺是植物类食品的天然毒素。豆类发酵食品中高浓度的组胺，酪胺和β-苯乙胺的浓度足够高，可能引起食品安全。Yang 等[38]采用基于高效液相色谱的微生物代谢组学技术来评估发酵大豆和豆腐乳中的生物胺含量，发现检测的30 个样本中，有8 个样本生物胺含量超标。
2.3 微生物代谢组学在乳类发酵食品中的应用
传统发酵乳制品指以乳为原料，采用天然发酵剂和传统工艺发酵制成的一大类产品，主要包括发酵乳、干酪、乳酸菌制剂和酸乳粉等四大类。发酵乳制品以其特有的营养和保健功能深受消费者喜爱。
乳制品发酵过程中会产生糖、氨基酸、有机酸等代谢产物，微生物代谢组学通过分析代谢物的变化使得监测乳制品发酵过程、控制乳制品发酵工艺成为了可能。Trimigno 等[39]通过使用1H-NMR 代谢组学的方法来监测0～24 h 发酵过程中牛奶的变化，发现通过控制发酵过程可以使乳酸菌和链球菌之间达到共生关系，乳酸菌还可以将牛奶蛋白水解为氨基酸，最终丰富酸奶的营养成分。王越男等[40]在微生物代谢组学研究方法的基础上采用超高效液相色谱-质谱联用技术（ultra performance liquid chromatography-quadrupole-time of flight-mass spectrometry，UPLC-Q-TOF-MS）代谢组学技术结合PCA 和正交偏最小二乘判别分析（orthogonal PLS-DA，OPLS-DA）对不同发酵方式的酸奶进行研究，共鉴定出亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸等38 种代谢产物，并对比益生菌与传统发酵剂结合的发酵方式和单一菌种的发酵方式，结果发现，益生菌结合传统发酵剂发酵的酸奶中短肽的含量明显增加，这些短肽对人体健康有益。Piras 等[41]基于1H-NMR 的微生物代谢组学技术结合微生物特征研究奶酪的发酵过程，发现微生物代谢组学技术是识别奶酪代谢物的有效工具，通过识别代谢物可以确定奶酪的生产是否符合原产地保护规范（protected designation of orgin，PDO）。
发酵乳制品中的生物活性物质具有调节身体健康的潜力。微生物代谢组学将有助于推进发酵乳制品的营养研究和功能性评价。Kailing 等[42]采用青稞酶水解物和牛乳作为基底发酵酸奶，并研究了发酵青稞酸奶中益生菌的生长动力学、微生物代谢组学和抗氧化活性，发现青稞酸奶中含有抗氧化活性物质如环磷酸腺苷、甘油磷酸胆碱、次黄嘌呤、精氨酰脯氨酸、总酚类化合物和类黄酮。Murgia 等[43]采用基于GC-MS 的微生物代谢组学和多元统计数据分析（multivariate date analysis，MVA）对绵羊酸奶和山羊酸奶的代谢物特征，发现山羊酸奶中游离氨基酸、γ-氨基丁酸、焦谷氨酸和β-苯乳酸的含量更丰富，而绵阳酸奶中肌醇、N-乙酰半乳糖胺和N-乙酰葡萄糖胺的水平较高，通过两种酸奶的比较可以更深入地了解不同奶源发酵酸奶中的生物活性物质。
在生产实践过程中，鉴别菌种、选取优势菌种发酵乳制品也是至关重要。微生物的鉴定现阶段大多通过DNA 测序来完成，然而当同一种属的微生物具有不同表现型时，由于其遗传特性相似，其基因表达上的变化不一定会引起生物表现型的变化，而代谢物作为生物细胞调控的下游产物，其更能代表细胞真实的生理状态，也更能反映生物基因与生物表现型之间的重要关系[44]。Samelis 等[45]利用基于傅里叶变换红外光谱的微生物代谢组学对传统希腊奶酪Graviera 中的乳酸菌胞外代谢物进行检测，根据代谢物实现了菌种的鉴别。
2.4 微生物代谢组学在蔬菜发酵食品中的应用
蔬菜发酵食品指借助蔬菜自带的天然有益微生物发酵，并加入一定浓度的盐水，利用浓盐水产生的渗透压，或是加入大蒜、辣椒、生姜等，抑制有害微生物的繁殖，并通过长时间的密封发酵获得的发酵制品。蔬菜发酵食品种类丰富多样，如四川泡菜、东北酸菜、韩国泡菜、德国腌黄瓜等。蔬菜发酵食品的研究主要集中在风味、健康、食品安全等方面。近年来，利用微生物代谢组学研究传统蔬菜发酵食品的报道逐渐增加。
在众多的发酵蔬菜中，利用微生物代谢组学对泡菜的研究最多。关于泡菜风味的研究，Xiao 等[46]将宏转录组学与代谢组学结合多组学探究四川泡菜发酵过程的特征风味形成原因，研究发现肠杆菌和乳杆菌的基因表达和酶活性与四川泡菜发酵相关，代谢组学发现27 个代谢途径的基因表达大多数与氨基酸有关，同时还发现半胱氨酸和甲硫氨酸的代谢、天冬氨酸和谷氨酸的合成与代谢以及丙酮酸的代谢是四川泡菜关键风味形成的主要原因。泡菜发酵主要有自然发酵和人工接种发酵两种方式。Yun 等[47]使用GC-MS 和多元统计变量的代谢组学分析自然发酵的泡菜和人工接种的泡菜中的代谢产物，发现非挥发代谢物大量存在于人工接种的泡菜中，如乳酸、甘露糖醇、果糖等，而挥发性代谢物，如乙酸香叶酯、二甲基三硫化物、桉叶油醇和芳樟醇则被认为是促成自然发酵泡菜的主要风味物质，还发现消费者偏好的风味特征如甜味、酸味和涩味等在人工接种发酵泡菜中更为显著，此研究对实现泡菜工业化生产提供了理论依据。关于泡菜发酵菌株的选择，乳酸菌是泡菜发酵的主要益生菌。Park 等[48]将微生物代谢组学和多元统计分析相结合来了解泡菜发酵过程中乳酸菌的发酵特性，结果表明微生物代谢组学在评估泡菜发酵剂的特性方面具有适用性。关于泡菜的食品安全，亚硝酸盐作为发酵蔬菜中的有毒物质，其可以与仲胺类物质生成强致癌的亚硝胺，我国GB 5009.223—2014《食品安全国家标准食品中氨基甲酸乙酯的测定》[49]规定食品中亚硝酸盐的限量不得超过20 mg/kg。刘广福等[50]采用离子色谱法对比乳酸菌接种发酵酸菜以及自然发酵酸菜过程中亚硝酸盐含量的变化，发现乳酸菌接种发酵的酸菜在整个发酵过程中亚硝酸盐含量都处于一个较低水平，而自然发酵的酸菜在发酵7 d 亚硝酸盐达到最高，发酵30 d 以上亚硝酸盐含量才降到国家标准限量20 mg/kg。
研究微生物代谢途径及代谢物变化有助于优化发酵工艺、监控发酵过程。Seo 等[51]基于GC-MS 和多元统计分析相结合，研究不同浓度盐水对泡菜发酵过程中的代谢物的影响，发现发酵速度与盐水浓度相关，用5%的盐水发酵的泡菜比不添加盐水的泡菜微生物代谢产物更丰富，这表明适量的盐度具有更高的细菌多样性。张钰麟等[52]基于LC-MS 的微生物代谢组学探究超长发酵周期大头菜的主要差异代谢物及其代谢通量，发现发酵大头菜的主要差异代谢物以有机酸、氨基酸和核苷酸衍生物为主，通过Venn 图描绘出19 种主要差异代谢物，并根据KEGG 数据库检索出3 条显著的代谢通路。Sunki 是一种以萝卜叶为主要原料且无盐发酵的日本传统泡菜，Tomita 等[53]基于NMR 和GCMS 两种代谢组学研究方法对Sunki 的代谢物进行非靶向代谢组学分析，共发现了54 种水溶性化合物和62 种挥发性化合物，结果表明代谢物的变化与生产年份和生产地域有一定的相关性，而不同生产地域的乳酸菌群落和不同地域生长的萝卜叶是导致差异代谢物变化的主要原因。
2.5 微生物代谢组学在其他发酵食品中的应用
普洱茶作为一种发酵茶，了解其风味活性化合物的形成和演化机制可以提高其质量。Chen 等[54]基于LC-MS 的代谢组学方法揭示了普洱茶发酵过程中的风味代谢变化。毛鸿霖等[55]通过非靶向代谢组学对德昂酸茶和普洱熟茶进行代谢产物分析，发现两种茶虽原料相同，但由于其加工方式不同，而存在较大的代谢差异，该研究还发现氨基酸代谢及核苷酸类代谢的通路对不同发酵工艺茶叶的风味及品质有重要影响。多糖是普洱茶中的重要成分，Bian 等[56]通过代谢组学分析如何在普洱茶的发酵过程中利用不溶性多糖来提高生产效率，为普洱茶发酵质量的控制提供理论依据。Li等[57]结合代谢组学与蛋白质组学探究黑曲霉对发酵绿茶的生物转化特性及机制，研究发现在绿茶的发酵过程中导致涩味的代谢物儿茶素减少，对健康有益的茶褐素明显增加。由此可见，微生物代谢物的调控在食品功能改善中起到重要作用，而微生物代谢组学则是选择菌株以增加食品有益特性的重要工具。
梁恒宇[58]利用NMR 和GC-MS 对5 株酿酒酵母的葡萄酒发酵试验进行发酵过程监控，发现葡萄酒的酿造主要分为3 个阶段分别是酒精前发酵、酒精后发酵和苹果酸-乳酸发酵，其中后两个阶段的差异性标志物有20 多种组分，此研究为葡萄酒发酵过程控制提供了理论方向。
传统虾酱含盐量高，摄入过多易引发健康问题，低盐虾酱更受消费者的欢迎。然而低盐虾酱由于盐含量低，大量微生物得不到抑制，影响虾酱风味。李文亚等[59]使用GC-MS 技术对低温发酵的低盐虾酱中的代谢物进行分析，并通过多元统计分析对差异代谢物进行筛选，以期揭示低温虾酱工艺生产的低盐虾酱中的代谢组变化规律，进而为低盐虾酱的质量评估，虾酱低温发酵生产工艺的优化提供理论支持。
3 结语
随着人们健康养生意识的提高，消费者在追求食品风味的同时，越来越重视食品的功能性以及营养价值。首先发酵食品由于其特殊的工艺，在赋予食品风味，改变原料营养成分等方面起到重要作用；其次，发酵食品通常含有一种或多种益生菌，益生菌参与发酵，赋予发酵食品更多的营养成分，有利于人体消化吸收。微生物代谢组学应用于发酵食品研究中，对发酵食品的微生物代谢产物进行定性定量分析，从分子水平上解释代谢物与食品风味、营养之间的关系；从代谢水平上对代谢物的代谢途径形成机制进行研究，进而优化发酵工艺监控，明晰发酵机制。因此，微生物代谢组学与多元统计分析结合的研究分析已成为食品科学研究中的有用工具。
本文综述代谢组学在微生物研究及发酵食品研究中的应用及重要性，总结微生物代谢组学的研究过程；对比了NMR、GC-MS、LC-MS、CE-MS 检测技术在灵敏度、可靠性以及样品前处理方面的优缺点；分别论述了微生物代谢组学在谷物类发酵食品、豆类发酵食品、发酵乳制品和蔬菜发酵食品等发酵类食品中的应用。未来，微生物代谢组学与多组学结合应用于发酵食品的研究将会成为趋势。研究将涵盖代谢组学、转录组学、基因组学、蛋白质组学等，多层次、深入性的挖掘代谢信息，分析代谢通路，系统的解决发酵过程中的生物学问题。综上所述，在传统发酵技术上充分结合微生物代谢组学前沿技术，进而推动传统食品发酵工业不断发展，吐故纳新。
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