霍氏肠杆菌YT-3发酵烟草浸提液香味成分及其转录水平分析

张志平; 雷梦; 许博利; 芦昶彤; 赵嘉鸣; 张骁; 魏涛

doi:10.12187/2025.06.007

霍氏肠杆菌YT-3发酵烟草浸提液香味成分及其转录水平分析

张志平 ¹ ,
雷梦 ² ,
许博利 ¹ ,
芦昶彤 ³ ,
赵嘉鸣 ³ ,
张骁 ¹ ,
魏涛 ^{1

,

,}

1. 郑州轻工业大学食品与生物工程学院, 河南郑州 450001;
2. 郑州轻工业大学烟草科学与工程学院, 河南郑州 450001;
3. 河南中烟工业有限责任公司技术中心, 河南郑州 450016

作者简介: 张志平(1981—),男,河南省安阳市人,郑州轻工业大学副教授,博士,主要研究方向为生物基化学品。E-mail:zzp@zzuli.edu.cn;

通讯作者: 魏涛,weit8008@zzuli.edu.cn

基金项目: 河南中烟工业有限责任公司科技项目(AW2024007)
河南省重点研发专项项目(231111111700)
中图分类号: TS49

Aroma components and transcriptome analysis of tobacco extracts fermented by Enterobacter hormaechei YT-3

1. College of Food and Bioengineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450001, China;
2. College of Tobacco Science and Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450001, China;
3. Technology Center, China Tobacco He'nan Industrial Co., Ltd., Zhengzhou 450016, China

Corresponding author: WEI Tao, weit8008@zzuli.edu.cn

Received Date: 2024-11-16
Accepted Date: 2025-01-11
Available Online: 2025-12-15
CLC number: TS49

摘要: 【目的】提升霍氏肠杆菌YT-3(Enterobacter hormaechei YT-3)发酵改善烟草浸提液香味成分能力,揭示其转化机制。【方法】采用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对发酵烟草浸提液香气组分进行定性、定量分析,利用转录组学探索YT-3发酵烟草浸提液潜在香气产生机制。【结果】经发酵处理后,烟草浸提液香气质和香气量均显著提高,苯乙醇、乙偶姻、3-羟基-β-紫罗兰酮和巨豆三烯酮的质量浓度分别提升了55.62%、50.15%、17.81%和39.93%。转录组测序共获得1552个显著差异表达基因(DEGs),其中上调基因746个,下调基因806个;DEGs在氨基酸代谢、丁酸代谢、类胡萝卜素降解产物合成等途径上显著富集,芳醇脱氢酶(ADH)、苯乙醛脱氢酶(feaB)、α-乙酰乳酸合酶(ilv)、乙偶姻形成双乙酰还原酶(budC)、6-磷酸-β-葡萄糖苷酶(bglA)等基因与烟草浸提液中关键香味成分的生物合成密切相关。【结论】霍氏肠杆菌YT-3能够利用烟草浸提液部分底物高效合成香味成分,为进一步改善其香气品质提供了一种新方法。
- 霍氏肠杆菌YT-3 /
- 烟草浸提液 /
- 香味成分 /
- 气相色谱-质谱联用技术 /
- 转录组分析
Abstract: 【Objective】 To enhance the aroma-improving capacity of Enterobacter hormaechei YT-3 fermentation on tobacco extracts and elucidate its conversion mechanism. 【Methods】 GC-MS was employed for qualitative and quantitative analysis of aroma components in fermented tobacco extracts. Transcriptomics was utilized to investigate the molecular mechanism underlying aroma production during YT-3 fermentation. 【Results】 Post-fermentation, both aroma quality and quantity of fermented tobacco extracts were significantly enhanced. The concentrations of phenylethanol, acetoin, 3-hydroxy-β-ionone, and megastigmatrienone increased by 55.62%, 50.15%, 17.81%, and 39.93%, respectively. Transcriptomic analysis identified 1552 differentially expressed genes (DEGs), comprising 746 upregulated and 806 downregulated genes. DEGs showed significant enrichment in pathways including amino acid metabolism, butyric acid metabolism, and carotenoid degradation product synthesis. Genes such as aryl alcohol dehydrogenase (ADH), phenylacetaldehyde dehydrogenase (feaB), α-acetyl lactate synthase (ilv), acetoin-forming diacetyl reductase (budC), and 6-phosphate-β-glucosidase (bglA) are critically involved in the biosynthesis of key aroma components in fermented tobacco extracts. 【Conclusion】 E.hormaechei YT-3 efficiently synthesizes aroma components using substrates in tobacco extracts, providing a novel approach to further enhance aroma quality.
- Enterobacter hormaechei YT-3 /
- tobacco extract /
- aroma components /
- gas chromatography-mass spectrometry /
- transcriptome analysis
1. [1]
  程世鸿,邵璐.卷烟调香技术研究进展[J].广东化工,2024,51(18):107-109.
  CHENG S H,SHAO L.Review of cigarette flavoring technology[J].Guangdong Chemical Industry,2024,51(18):107-109.
2. [2]
  吴曜廷,刘丹然,李润杰,等.微生物酶制剂对上部烟叶醇化品质的影响[J].安徽农业科学,2024,52(18):166-170.
  WU Y T,LIU D R,LI R J,et al.Effects of microbial enzyme preparations on the aging quality of upper tobacco leaves[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2024,52(18):166-170.
3. [3]
  刘洪坤,毛文龙,游敏,等.改善低次烟叶品质的生物发酵工艺优化[J].中国烟草科学,2024,45(2):99-107.
  LIU H K,MAO W L,YOU M,et al.Optimization of biological fermentation for improving the quality of discarded tobacco leaves[J].Chinese Tobacco Science,2024,45(2):99-107.
4. [4]
  朱大恒,陈锐,陈再根,等.烤烟自然醇化与人工发酵过程中微生物变化及其与酶活性关系的研究[J].中国烟草学报,2001,7(2):26-30.
  ZHU D H,CHEN R,CHEN Z G,et al.The relationship between microorgnisms and enzyme activites in flue-cured tobacco during aging and fermentation[J].Acta Tabacaria Sinica,2001,7(2):26-30.
5. [5]
  郝捷,季嫱,李力群,等.生物酶和微生物技术改善烟叶香气的研究进展[J].生物技术进展,2022,12(6):817-824.
  HAO J,JI Q,LI L Q,et al.Research progress on improving aroma of tobacco leaf with bio-enzymes and microorganism technology[J].Current Biotechnology,2022,12(6):817-824.
6. [6]
  茅中一,洪祖灿,刘加增,等.基于香气活性值的福建尤溪烟叶提取物香气特征成分分析[J].烟草科技,2020,53(10):56-65.
  MAO Z Y,HONG Z C,LIU J Z,et al.Characteristic aroma components in tobacco extracts from Youxi based on odor activity value[J].Tobacco Science & Technology,2020,53(10):56-65.
7. [7]
  宁勇,王晶,陈小敏,等.福建烟叶提取物的制备及其在卷烟中的应用[J].香料香精化妆品,2019(5):21-25. NING Y,WANG J,CHEN X M,et al.Preparation of Fujian tobacco leaf extract and its application in cigarettes[J].Flavour Fragrance Cosmetics,2019
  (5):21-25.
8. [8]
  薛磊,郑泽浩,郭志刚,等.烟草增香细菌的筛选及其作用效果[J].中国烟草科学,2019,40(5):60-67.
  XUE L,ZHENG Z H,GUO Z G,et al.Screening and application of aroma-enhancing bacteria for tobacco[J].Chinese Tobacco Science,2019,40(5):60-67.
9. [9]
  WU X Y,CAI W,ZHU P C,et al.Function-driven design of Bacillus kochii and Filobasidium magnum co-culture to improve quality of flue-cured tobacco[J].Frontiers in Microbiology,2023,13:1024005.
10. [10]
  黄申,霍梦杰,钱玉梅,等.西柏三烯-4,6-二醇降解菌的筛选鉴定及其在再造烟叶中的应用[J].河南农业科学,2018,47(10):137-142
  ,148. HUANG S,HUO M J,QIAN Y M,et al.Screening and identification of a cembratriene-4,6-diol degradating strain and its application in reconstituted tobacco[J].Journal of Henan Agricultural Sciences,2018,47(10):137-142,148.
11. [11]
  叶建斌,齐晓娜,张婷婷,等.红茶菌发酵制备特色酸香型烟草浸膏[J].食品与生物技术学报,2021,40(10):104-111.
  YE J B,QI X N,ZHANG T T,et al.Production of characteristic acid fragrance tobacco extract by fermentation using microbe from kombucha[J].Journal of Food Science and Biotechnology,2021,40(10):104-111.
12. [12]
  龙章德,王敏,薛云,等.烟叶中β-胡萝卜素高效降解菌株的筛选鉴定及发酵条件优化[J].轻工学报,2022,37(4):86-93.
  LONG Z D,WANG M,XUE Y,et al.Screening and identifying of β-carotene degrading strains from tobacco leaves and its optimization of fermentation conditions[J].Journal of Light Industry,2022,37(4):86-93.
13. [13]
  黄申,闫茗熠,陈梦月,等.基于转录组测序和RT-qPCR技术的烟草糖酯合成基因挖掘[J].轻工学报,2023,38(6):78-84
  ,117. HUANG S,YAN M Y,CHEN M Y,et al.Excavating tobacco sugar ester synthesis genes based on transcriptome sequencing and RT-qPCR[J].Journal of Light Industry,2023,38(6):78-84,117.
14. [14]
  貊志杰.中烟特香301油分属性相关的物质成分解析与基因初步挖掘[D].北京:中国农业科学院,2022. MAO Z J.Analysis of substances and preliminary mining of genes related to oil attribute in zhongyan texiang 301[D].Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2022.
15. [15]
  晁江涛,曹建敏,吴新儒,等.烤烟特征香韵品系8号清甜香韵的形成机制研究[J].中国烟草科学,2022,43(6):82-87.
  CHAO J T,CAO J M,WU X R,et al.Study on the formation of fresh-sweet flavor in tobacco mutant T8[J].Chinese Tobacco Science,2022,43(6):82-87.
16. [16]
  王文婷,宋凯,杨晨,等.基于宏基因组学的霍氏肠杆菌发酵解析及其烟叶品质提升机制研究[J].轻工学报,2023,38(1):79-89.
  WANG W T,SONG K,YANG C,et al.Macrogenomics-based investigation of the mechanism underlying tobacco fermentation by Enterobacter hormaechei[J].Journal of Light Industry,2023,38(1):79-89.
17. [17]
  武怡,廖头根,王明锋,等.中式卷烟消费体验感官评价方法的建立与应用[J].烟草科技,2015,48(5):5-13.
  WU Y,LIAO T G,WANG M F,et al.Development and application of consumer experience sensory evaluation method for Chinese-style cigarette[J].Tabacco Science & Technology,2015,48(5):5-13.
18. [18]
  SZUDERA-KON'CZAL K, MYSZKA K, KUBIAK P,et al.The combined effect of lactic acid bacteria and Galactomyces geotrichum fermentation on the aroma composition of sour whey[J].Molecules,2023,28(11):4308.
19. [19]
  汪芳芳.霍氏肠杆菌降解叶黄素的研究[D].郑州:郑州轻工业学院,2017. WANG F F.Study on degradation of lutein by Enterobacter[D].Zhengzhou:Zhengzhou University of Light Industry, 2017.
20. [20]
  谢剑平.烟草香原料[M].北京:化学工业出版社,2009. XIE J P.Tobacco flavor raw materials[M].Beijing:Chemical Industry Press,2009.
21. [21]
  郭林青,朴永革,朱春阳,等.烟草产香酵母YG-4的筛选鉴定及香气成分分析[J].轻工学报,2019,34(5):27-31.
  GUO L Q,PIAO Y G,ZHU C Y,et al.Screening and identification of aroma-producing yeast YG-4 and analysis of its aroma components[J].Journal of Light Industry,2019,34(5):27-31.
22. [22]
  陆军.微生物转化L-苯丙氨酸生成2-苯乙醇的研究[D].无锡:江南大学,2008. LU J.Biotransformation of L-phenylalanine to 2-phenylethanol by microorganism[D].Wuxi:Jiangnan University,2008.
23. [23]
  庄以彬,吴凤礼,殷华,等.芳香族香料化合物生物合成研究进展[J].生物工程学报,2021,37(6):1998-2009.
  ZHUANG Y B,WU F L,YIN H,et al.Advances in the microbial synthesis of aromatic fragrance molecules[J].Chinese Journal of Biotechnology,2021,37(6):1998-2009.
24. [24]
  武云杰.烟草类胡萝卜素降解的生理和调控机理研究[D].郑州:河南农业大学,2016. WU Y J.Research of cleavage of tobacco carotenoid about physiology and adjusting mechanism[D].Zhengzhou:Henan Agricultural University,2016.
25. [25]
  XIAO Z J,LU J R.Strategies for enhancing fermentative production of acetoin:A review[J].Biotechnology Advances,2014,32(2):492-503.
26. [26]
  LONG Z D,DUAN N X,XUE Y,et al.Characterization of a novel lutein cleavage dioxygenase,EhLCD,from Enterobacter hormaechei YT-3 for the enzymatic synthesis of 3-hydroxy-β-ionone from lutein[J].Catalysts,2021,11(11):1257.
27. [27]
  杨雪鹏,叶建斌,毛多斌,等.基于微生物转化合成3-羟基β-紫罗兰酮和β-紫罗兰酮的方法:CN 201510466265.5[P].2015
  -12-16. YANG X P,YE J B,MAO D B,et al.Method for the synthesis of 3-hydroxy-β-ionone and β-ionone based on microbial transformation:CN 201510466265.5[P].2015-12-16.
28. [28]
  LIANG Z J,FANG Z X,PAI A,et al.Glycosidically bound aroma precursors in fruits:a comprehensive review[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2022,62(1):215-243.
29. [29]
  HUANG S,ZHU L,WANG K,et al.Unravel the supremacy of Klebsiella variicola over native microbial strains for aroma-enhancing compound production in reconstituted tobacco concentrate through metagenomic analysis[J].Metabolites,2024,14(3):158.
1. [1]
  柴武君 , 郑闪闪 , 游金清 , 李茂松 , 陆成飞 , 薛晶晶 , 杨靖 . 烟丝结构对中支卷烟的燃烧特性及烟气香味成分的影响. 轻工学报, 2025, 40(3): 104-114. doi: 10.12187/2025.03.012
2. [2]
  吴彦 , 梁永伟 , 薛云 , 李天笑 , 孙丽莉 , 许春平 , 徐志强 . 基于烟末和玫瑰混合提取的新型烟用香精及其应用研究. 轻工学报, 2025, 40(3): 56-64. doi: 10.12187/2025.03.007
3. [3]
  李敏 , 贺姗姗 , 杨钰雯 . 改良QuEChERS方法结合超高效液相色谱测定火腿肠中杂环胺类化合物. 轻工学报, 2024, 39(5): 60-70. doi: 10.12187/2024.05.007
4. [4]
  吴启贤 , 陈子杰 , 崔要强 , 伍锦鸣 , 赵谋明 , 任胜超 , 冯云子 . 不同产地烟叶碱提香料卷烟加香效果及化学成分差异分析. 轻工学报, 2025, 40(1): 98-106,119. doi: 10.12187/2025.01.012
5. [5]
  史清照 , 范武 , 任瑞冰 , 柴国璧 , 张文龙 , 张启东 , 张建勋 , 李河霖 . 基于膜分离及柱色谱技术的烟草提取物精加工产品的制备. 轻工学报, 2025, 0(0): -.
6. [6]
  史清照 , 范武 , 任瑞冰 , 柴国璧 , 张文龙 , 张启东 , 张建勋 , 李河霖 . 基于膜分离及柱色谱技术的烟草提取物精加工产品的制备. 轻工学报, 2025, 40(5): 101-109. doi: 10.12187/2025.05.012
7. [7]
  池哲翔 , 廖敏 , 史尚 , 李声毅 , 廖芸 , 丁冬 . 国外烟草活性成分提取及纤维材料利用现状与展望. 轻工学报, 2024, 0(0): -.
8. [8]
  池哲翔 , 廖敏 , 史尚 , 李声毅 , 廖芸 , 丁冬 . 国外烟草活性成分提取及纤维材料利用研究现状与展望. 轻工学报, 2025, 40(3): 75-85. doi: 10.12187/2025.03.009
9. [9]
  杨鹏飞 , 吴薇 , 孙海峰 , 刘龑章 , 尚紫博 , 薛晶晶 , 许志杰 , 宋梦坤 . 基于GC-MS结合多元统计的2种工艺提取脐橙挥发性成分差异分析. 轻工学报, 2025, 40(4): 1-9. doi: 10.12187/2025.04.001
10. [10]
  张丽华 , 陈云莉 , 石勇 , 李顺峰 , 查蒙蒙 , 李昌文 , 纵伟 , 王小媛 . 植物乳杆菌发酵对红枣汁挥发性香气成分的影响. 轻工学报, 2024, 0(0): -.
11. [11]
  杨鹏飞 , 吴薇 , 孙海峰 , 刘龑章 , 尚紫博 , 薛晶晶 , 许志杰 , 宋梦坤 . GC-MS结合多元统计分析研究两种工艺提取的脐橙挥发性成分差异. 轻工学报, 2025, 0(0): -.
12. [12]
  黄怡 , 蔡文超 , 余培荣 , 陈炜 , 单春会 , 郭壮 , 王玉荣 . 基于高通量测序和纯培养联用技术的药曲微生物多样性解析. 轻工学报, 2025, 0(0): -.
13. [13]
  黄怡 , 蔡文超 , 余培荣 , 陈炜 , 单春会 , 郭壮 , 王玉荣 . 基于高通量测序和纯培养联用技术的药曲微生物多样性解析. 轻工学报, 2025, 40(5): 29-36. doi: 10.12187/2025.05.004
14. [14]
  郑艺 , 宋芳 , 张一帆 , 云哲 , 苏裕家 , 申秀清 . 基于常规理化分析和电子传感技术的低度海红果酒发酵过程中品质动态变化研究. 轻工学报, 2025, 0(0): -.
15. [15]
  郑艺 , 宋芳 , 张一帆 , 云哲 , 苏裕家 , 申秀清 . 基于常规理化分析和电子传感技术的低度海红果酒发酵过程中品质动态变化研究. 轻工学报, 2025, 40(5): 20-28. doi: 10.12187/2025.05.003
16. [16]
  王骏 , 蒋健 , 赵亮 , 徐建 , 胡安福 , 金一骁 , 丁宁 , 蔡铭 . 4种光源辐照对烟叶颜色及关键化学成分的影响. 轻工学报, 2025, 0(0): -.
17. [17]
  王骏 , 蒋健 , 赵亮 , 徐建 , 胡安福 , 金一骁 , 丁宁 , 蔡铭 . 4种光源辐照对烟叶颜色及关键化学成分的影响. 轻工学报, 2025, 40(5): 72-81. doi: 10.12187/2025.05.009
18. [18]
  黄朵朵 , 王乐 , 雷萍 , 孙志伟 , 李林洪 , 张智轩 , 黄锋 , 李斌 . 基于烟芯段和滤嘴段耦合的加热卷烟烟气关键成分释放模型构建. 轻工学报, 2024, 0(0): -.
19. [19]
  黄朵朵 , 王乐 , 雷萍 , 孙志伟 , 李林洪 , 张智轩 , 黄锋 , 李斌 . 基于烟芯段和滤嘴段耦合的加热卷烟烟气关键成分释放模型构建. 轻工学报, 2024, 39(6): 116-126. doi: 10.12187/2024.06.014
20. [20]
  钟昕怡 , 陈紫麟 , 骆勇 , 汪高玮 , 王周利 , 赵子丹 , 李鸣雷 . 香菇-大球盖菇复合饼干研制及其品质特性分析. 轻工学报, 2024, 39(6): 27-36. doi: 10.12187/2024.06.004

点击查看大图

计量

PDF下载量: 0
文章访问数: 74
引证文献数: 0

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

1.
沈阳化工大学材料科学与工程学院沈阳 110142

霍氏肠杆菌YT-3发酵烟草浸提液香味成分及其转录水平分析

作者简介: 张志平(1981—),男,河南省安阳市人,郑州轻工业大学副教授,博士,主要研究方向为生物基化学品。E-mail:zzp@zzuli.edu.cn;

通讯作者: 魏涛,weit8008@zzuli.edu.cn

Aroma components and transcriptome analysis of tobacco extracts fermented by Enterobacter hormaechei YT-3

Corresponding author: WEI Tao, weit8008@zzuli.edu.cn

计量

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

霍氏肠杆菌YT-3发酵烟草浸提液香味成分及其转录水平分析

作者简介:张志平(1981—),男,河南省安阳市人,郑州轻工业大学副教授,博士,主要研究方向为生物基化学品。E-mail:zzp@zzuli.edu.cn

通讯作者: 魏涛, weit8008@zzuli.edu.cn

English Abstract

Aroma components and transcriptome analysis of tobacco extracts fermented by Enterobacter hormaechei YT-3

Corresponding author: WEI Tao, weit8008@zzuli.edu.cn

目录

霍氏肠杆菌YT-3发酵烟草浸提液香味成分及其转录水平分析

作者简介: 张志平(1981—),男,河南省安阳市人,郑州轻工业大学副教授,博士,主要研究方向为生物基化学品。E-mail:zzp@zzuli.edu.cn;

通讯作者: 魏涛,weit8008@zzuli.edu.cn

Aroma components and transcriptome analysis of tobacco extracts fermented by Enterobacter hormaechei YT-3

Corresponding author: WEI Tao, weit8008@zzuli.edu.cn

计量

文章相关

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

霍氏肠杆菌YT-3发酵烟草浸提液香味成分及其转录水平分析

作者简介:张志平(1981—),男,河南省安阳市人,郑州轻工业大学副教授,博士,主要研究方向为生物基化学品。E-mail:zzp@zzuli.edu.cn

通讯作者: 魏涛, weit8008@zzuli.edu.cn

English Abstract

Aroma components and transcriptome analysis of tobacco extracts fermented by Enterobacter hormaechei YT-3

Corresponding author: WEI Tao, weit8008@zzuli.edu.cn

目录