液质发酵食品是一类呈液体状态发酵食品的统称，主要包括食醋、酱油等液体调味品以及白酒、葡萄酒等饮料酒等[1]。其传统的酿造环境开放度高，通常采用自然接种的固态或半固态发酵工艺，或者部分原料不经灭菌处理直接使用生料[2]。因此，在粗放的酿造环境中，复杂多样的微生物以原料为基质，将原料中的淀粉、脂肪和蛋白质等大分子物质分解、转化成相应的小分子物质供自身生长代谢，发酵过程中微生物群落结构不断演替，促使发酵连续进行[3-4]。在微生物群落演替中，微生物之间的相互作用十分复杂，影响着乳酸菌和其他微生物的结构组成和发酵过程中化合物的组成与变化。

乳酸菌是酿造食品自然发酵中重要的功能菌，是一类利用碳水化合物代谢主要产生乳酸的革兰氏阳性细菌的统称，广泛存在于液质发酵食品体系中。乳杆菌属(Lactobacillus)、魏斯氏菌属(Weissella)和片球菌属(Pediococcus)是液质发酵食品在发酵过程中的主要乳酸菌群[5-6]。乳酸菌具有营养和益生功能，能代谢原料的化学成分，有益于消化吸收、改善风味和口感及提高营养价值[7]；能产生各种醛类、酯类、醇类和酮类等低阈值挥发性化合物，增加食品风味[8]；能拮抗杂菌、降解有害物质，提高食品安全性并延长保藏期[9-10]；能降低胆固醇、抗肿瘤、提高免疫力、预防衰老及缓解乳糖不耐症等[11]。乳酸菌在发酵过程中主要产乳酸，有2条乳酸代谢途径(图 1)[12-13]：(1) 同型乳酸发酵途径。以葡萄糖为底物通过糖酵解途径(Embden-Meyerhof Pathway，EMP)降解为丙酮酸，然后在乳酸脱氢酶催化下还原生成乳酸。(2) 异型乳酸发酵途径。葡萄糖经戊糖磷酸途径(Hexose Monophosphate Pathway，HMP)发酵后除主要产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和CO2等多种代谢产物，赋予发酵食品特有的口味和香味[14]。此外，乳酸菌也能产生一些类似细菌素等拮抗性代谢产物，对其他乳酸菌、食物腐败菌和食源性致病菌具有广泛的抑制作用[15]。Cizeikiene等[16]实验发现乳酸菌的代谢产物不同程度地抑制了小麦面包中芽孢杆菌(Bacillus)、假单胞菌(Pseudomonas)、李斯特菌(Listeria)和大肠杆菌属(Escherichia genera)等致病菌的生长。

本文对液质发酵食品微生物群落结构及群落中乳酸菌与其他微生物间的相互作用进行综述，探讨乳酸菌在液质发酵食品发酵过程中的功能和作用机制。

食品发酵需要多种微生物菌群协调作用完成，微生物利用发酵原料中的营养物质可以自发地富集，通过与微生物和发酵环境间的相互作用，长期驯化逐步形成一个持续变化又相对稳定的微生物群落结构[17]。同时群落中微生物也会随着发酵工艺、营养基质和发酵环境的变化而对自身进行调控[18]。研究发现，发酵微生物群落具有微生物种类繁多、功能多样、微生物间相互作用复杂的基本特征[19]。

液质发酵食品(食醋、酱油、饮料酒等)是传统发酵食品的重要组成部分[3]，在其发酵体系中微生物种类多样(表 1)。

对传统发酵食品微生物结构的深入研究，有助于阐明发酵食品微生物间的相互作用方式和机理，认清微生物菌群代谢功能，提高产率，改善传统发酵食品风味和保障发酵食品安全。近年来，对发酵食品中微生物菌群的种类、丰度及其演替规律研究较多。Yang等[27]在发酵豆豉中分离出20个细菌属，其中，葡萄球菌属(Staphylococcus)和魏斯氏菌属(Weissella)为优势属；观察葡萄球菌属和魏斯氏菌属丰度变化趋势，发现2个菌种之间存在种间竞争。Edalati等[28]发现魏斯氏菌属代谢产生有机酸和细菌素会抑制葡萄球菌属的生长。张娇娇等[29]研究红曲米醋制曲的4个阶段的微生物，发现子囊菌门在丰度上一直占优势且大致呈先降后增的趋势；受曲中营养物质、pH和乙醇等影响，在不同制曲时期优势属会发生改变。微生物群落在发生演替时会伴随着微生物功能性的转变。Song等[30]分析了酱香型白酒发酵体系中酵母属和乳酸菌属的微生物丙酮酸代谢途径，结果表明丙酮酸在酵母和乳酸菌中分为2个阶段代谢产生风味成分，揭示酱香型白酒在不同发酵阶段裂殖酵母属(Schizosaccharomyce)与乳酸杆菌属(Lactobacillus)会进行功能性转换，促使风味成分由醇类向酸类转化。

液质发酵食品中，微生物间相互作用不仅影响了自身的功能特性，还改变了整个发酵体系内微生物的种类构成和功能[31]。微生物相互作用的机理知识可以更好地调控发酵过程的参数，优化食品发酵过程的控制，最终有利于发酵食品品质和安全性的稳定与提高[32]。

微生物是一种结构简单的有机体，但却具有社会属性。在食品发酵过程中，微生物不仅与发酵环境存在复杂的感应反馈关系，而且不同微生物个体间也有着较为复杂的作用关系。这些复杂的微生物间相互作用关系可能是正相关作用、负相关作用或者是无影响等。微生物间的相互作用关系复杂多样，根据微生物作用方式可大致分为通过直接接触的直接相互作用，以及通过引起环境物理化学性质发生变化而触发其他微生物反应的间接相互作用[33]。多数研究中将微生物间的相互作用主要分为5种类型：互利共生(+/+)、偏利共生(+/0)、寄生(+/−)、偏害共生(−/0)、竞争(−/−)[33-34]，如表 2所示。

除了上述微生物之间存在的相互作用类型，微生物在群体水平上会产生群体感应(Quorum sensing，QS)实现微生物细胞与细胞之间的交流。通过化学信号的积累，感知附近种群密度和物种复杂性的变化，然后协调集体行为[41]，即群体中的微生物通过群体感应系统传递信息，形成种内或种间相互作用。Almeida等[42]在可可豆自然发酵的细菌菌群中发现存在预想的群体感应现象，发现表明群体感应能在发酵的不同时间点调节细菌数量，以维持长时间内细菌的丰度优势。

通过传统的共培养实验和当前的组学技术，可以在快速判定发酵体系中微生物间相互作用类型的基础上，更深入地认识群体微生物间复杂的相互作用机制[31]。在食品发酵体系中，微生物与其周围的其他微生物之间存在着多种多样的相互作用关系来影响彼此的生长和代谢。根据目前国内外微生物间相互作用的研究结果，发酵食品中微生物间相互作用机制有以下几种：

(1) 营养竞争机制

乳酸菌与其他微生物间的相互作用可归因于对营养物质的非特异性竞争。这些营养物质是发酵体系中微生物生长所需要的，乳酸菌与其他微生物之间争夺环境中自身需要的营养物质来扩大菌群数量。优势菌群会消耗其他微生物菌群用于生长的基质，从而抑制它们的生长。当生长环境中营养物质全部耗尽，这场营养竞争随之结束，所有微生物在其中的生长也会停止。Mellefont等[43]研究表明，利用Saccharomyces cerevisiae和Metschnikowia pulcherrima或Hanseniaspora vinae进行的混合共发酵，发现微生物间存在明显的营养竞争。

(2) 代谢产物作用机制

发酵微生物在生产过程中能代谢产生一些分泌物，通过这些代谢产物对发酵体系中其他微生物产生协同或拮抗作用。研究表明，乳酸菌与酵母菌之间存在着代谢产物互补机制，Rosa等[44]总结了开菲尔酒中微生物复杂的共生关系，在这种关系中酵母菌产生维生素、氨基酸和其他对细菌很重要的基本生长因子。同样，细菌的代谢产物也被用作酵母的能量来源。Adesulu-Dahunsi等[45]综述了乳酸菌和酵母之间的相互协同作用，指出发酵食品中酵母菌的生长受到乳酸菌代谢乳酸所造成的酸化环境的促进，酵母菌可以为乳酸菌提供生长因子，如维生素和可溶性氮化合物，所以酵母菌的存在也刺激了乳酸菌的生长。与协同作用相反，在发酵过程中乳酸菌和酵母菌也能通过代谢产生一些拮抗类分泌物，相互间产生拮抗作用。在乳酸菌和酵母菌混合培养体系中，乳酸菌的生长会受到溶脂酵母代谢生成的脂肪酸的影响，而乳酸菌的代谢产物乳酸、4-羟基-苯乳酸、环肽会抑制酵母菌的生长[46]。

(3) 信号分子形成机制

在发酵过程中微生物菌群会产生一种在群体水平上的相互作用——群体感应。乳酸菌群体感应系统通过感知细胞密度来调节特定的基因表达[47]，最终调控乳酸菌多种重要的生理功能，如调控乳酸菌生物膜的形成[48]、酸胁迫应答[49]、抗菌肽和胞外酶的合成[50-51]。微生物自身会分泌被称为信号分子的胞外小分子，信号分子可以穿出和进入细胞，并在环境中积累。随着微生物菌体密度的增大，信号分子在环境中的浓度也增加，当这些信号分子在微生物生长环境中积累到一定的浓度，并且在细胞内的积累也超过一定的阈值时，就会被特异受体识别，启动某些特定基因的表达，相关的蛋白合成上升，因此形成了种内或种间的相互作用，达到对自身或其他微生物的协同或抑制作用[52]。目前报道中，乳酸菌的信号分子有AIPII、LamD、PltA、IP-TX、PlnA和IP-673等[53]，酵母菌的信号分子一般为芳香醇类和萜烯类，如法尼醇、酪醇、色醇和苯乙醇[49]。

(4) 发酵环境胁迫机制

食品发酵过程中发酵微生物会受到乙醇浓度、pH、温度和渗透压等发酵环境的胁迫，并导致生长速度和存活率的下降[54]。在酒精发酵阶段，酵母菌的代谢产物乙醇会对同一发酵环境中的乳酸菌产生乙醇胁迫，乙醇使细胞膜的流动性增加，导致辅因子的泄漏和膜电位的损失；不仅如此，乙醇也使膜内蛋白质和细胞质变性，对乳酸菌新陈代谢产生不利影响，抑制其生长[55]。乳酸菌则通过代谢产生乳酸等有机酸扰动环境pH，造成酸胁迫[56]。pH会影响发酵环境中营养物质的解离、微生物细胞膜的生理功能及通透性[57-58]，致使发酵过程中微生物对营养物质的吸收和代谢物分泌能力降低，以及细胞内对酸敏感的代谢关键酶和DNA等生物大分子受损[59]，最终使环境中微生物的生长代谢受抑制。Deng等[60]研究苦毕赤酵母和酿酒酵母对乳酸胁迫的协同响应中发现，乳酸可以穿透细胞膜，通过简单扩散进入细胞质，然后水解释放出质子和乳酸离子，这些离子不能穿过细胞膜，因此在细胞内积累，使细胞内pH发生改变和破坏细胞质阴离子池，影响嘌呤碱基的完整性，导致细胞中关键酶发生变性，从而抑制白酒发酵过程中酵母菌的生长代谢。发酵体系中各种微生物的生长代谢物逐渐积累形成的高渗环境会对乳酸菌和其他微生物造成盐胁迫，引起胞内水分外流，细胞缩水使得细胞膜结构受损，无法维持正常的细胞形态，最终造成发酵环境中微生物的失活[61]。

食醋主要有以谷物为原料多菌固态或液态混合酿造的谷物醋，如中国四大名醋山西老陈醋、镇江香醋、福建永春老醋和四川保宁麸醋，以及日本的米醋、西方国家的麦芽醋等，还有以水果为主要原料经纯种液态深层发酵所得的果醋[62]。食醋发酵过程中微生物相互作用，各种微生物提供了大量的酶来合成风味和功能物质，如有机酸、氨基酸和挥发性成分等，影响食醋的风味和功能[63]。发酵体系中，酵母菌将可发酵糖厌氧转化为乙醇，然后由醋酸菌将乙醇氧化生成醋酸[64]，而乳酸菌代谢产生适量的乳酸来平衡醋酸，柔和食醋酸感，同时也丰富了食醋的风味成分[65]。李岩等[66]研究表明，巴氏醋杆菌、瑞士乳杆菌和干酪乳杆菌在接种量为3.0%、5.0%和5.0%的发酵条件下获得的葡萄醋品质最好；混合微生物发酵会产生醋酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸等多种有机酸，赋予葡萄醋丰富的口感。

食醋发酵主要是以酵母菌和曲霉这些真菌为主、以乳酸菌和醋酸菌为优势的细菌相互协同作用的过程[67]，但食醋酿造微生物间的共生作用会受体系中营养物质和氧气的影响。乳酸菌的生长通常需要氨基酸、不饱和脂肪酸和维生素等各种营养物质，共生时酵母菌和曲霉可以为乳酸菌提供其所需要的营养物质；乳酸菌和酵母菌为厌氧菌，但曲霉和醋酸菌必须在有氧环境中才能生长，因此曲霉和醋酸菌在生长过程中可以消耗共生体系中的氧气，为乳酸菌提供有利的生长环境[68]。由此可看出，在食醋酿造中酵母菌、曲霉和醋酸菌的存在可以促进乳酸菌的生长繁殖。食醋发酵通常都有酒精发酵和醋酸发酵2个阶段[69]，在醋酸发酵阶段，好氧微生物会在发酵液表面的有氧环境中形成生物膜，产生一个有利于乳酸菌和酵母菌生长的无氧环境[68]。Furukawa等[68, 70]发现，从福山壶食醋酿造样品中分离出的L. plantarum ML11-11和Saccharomyces cerevisiae通过细胞与细胞之间直接接触，它们在静态共培养中形成了一个混合菌种生物膜，同时，研究还发现酿造样品中分离出的巴氏醋酸杆菌与乳酸菌菌株混合培养后都形成了生物膜，并且生物膜的形成还受乳酸的诱导。牟俊[18]研究发现，在山西老陈醋醋酸发酵阶段醋酸菌与乳酸菌共生中，醋酸菌代谢生成的高浓度乙酸可以抑制乳酸菌的糖代谢等途径，从而对其生长和代谢产生很强的抑制作用。然而乳酸菌的代谢产物利于醋酸菌与细胞呼吸和能量代谢相关的硫代谢途径，促进醋酸菌的生长繁殖。

酱油酿造是微生物产生各种酶分解原料中的营养物质来生长繁殖的一个过程。各种微生物相互作用，为酱油的色、香、味、体做出贡献[71]。在酱醪发酵阶段，主要的微生物群落为耐盐的乳酸菌和酵母菌，乳酸菌产生乳酸，降低了环境中的pH值，较低的pH值为嗜酸酵母菌，如鲁式接合酵母、假丝酵母、球拟酵母提供了一个合适的生长环境[72]，这些酵母菌又能通过产生乙醇和挥发性风味化合物提高酱油的质量[73]。Guo等[74]研究皮脂葡萄球菌(Staphylococcus piscifermentans)和耐盐酵母共生发酵酱油，结果表明共接种后微生物相互作用使Zygosaccharomyces和Pichia丰度增加，Pediococcus、Weissella和Streptococcus等细菌减少，最终使得生物胺产量降低及醇类、醛类、酚类和酯类等挥发性化合物增加，提高了高氨基酸氮酱油的品质。

酱油在酿造过程中形成了一个由真菌、酵母菌和细菌组成的复杂的微生物群落，酱油酿造有两步发酵过程，即固态发酵和盐水发酵[75]。其中，细菌主要是乳酸菌(如魏斯氏菌和嗜盐四联球菌)、芽孢杆菌和葡萄球菌，真菌主要包括酵母菌(如鲁氏接合酵母和假丝酵母)、米曲霉等[76]。嗜盐四联球菌(T. halophilus)和鲁氏接合酵母(Z. rouxii)在酱油盐水发酵阶段微生物中占主导地位[77]。多种微生物在酱油发酵过程中共存时，会发生互惠互利、竞争和拮抗等复杂的相互作用。

在盐水发酵开始阶段，发酵体系中pH值在6.0−7.0左右，具有相对较高的酸碱度，这种pH环境有利于T. halophilus的生长。但T. halophilus的生长繁殖导致有机酸的产生和酱醪酸化，当pH值降至5.0以下时，T. halophilus的生长会受到抑制，但却适合Z. rouxii的生长和代谢[75]。酱油发酵中乳酸菌对其他微生物间的抑制作用可通过产生抑制物的作用机制来介导，魏斯氏菌通过核糖体合成机制产生一类具有抑菌活性的多肽或前体多肽(如Ⅱ型细菌素)，抑制腐败微生物和致病菌的生长[78]。Noda等[79-80]证明T. halophilus嗜盐乳杆菌产生的乙酸和乳酸能够抑制Z. rouxii和易变球拟酵母(Torulopsis versatilis)的生长，还提出在相同的pH值下，乙酸比乳酸具有更高的抑制活性，而且随着pH值的降低抑制活性显著增高。此外，Kusumegi等[81]的一项研究表明，乙酸可以通过抑制Z. rouxii R-1的呼吸活性和细胞色素的形成来抑制其生长。

在我国现行的饮料酒分类标准GB/T 17204-2008[82]中，将饮料酒定义为酒精度在0.5% (体积分数)以上的酒精饮料，主要包括3类：发酵酒、蒸馏酒和配制酒。饮料酒的生产都会涉及以粮谷、水果、乳类等作为原料经多种微生物群落联合进行复杂发酵的过程，微生物的相互作用对饮料酒的成分、风味和质量都有深远的影响[83]。Liu等[84]在研究微生物对黑莓酒发酵动力和感官性能的影响中发现，黑莓酒发酵过程中酿酒酵母能将糖类转化为酒精并调节一些其他的代谢物，许多非酵母菌种与酵母相互作用使黑莓酒的成分和感官特性发生改变。

酵母菌与乳酸菌共生时，酿酒酵母代谢产物如乙醇、脂肪酸、抗菌肽和嗜杀毒素等会对其他酵母菌和细菌产生抑制作用[85]。乙醇影响细胞膜的通透性，通过诱导细胞膜渗透来灭活细菌，所以大多数微生物不能耐受高浓度的乙醇[86]。5% (体积比)的乙醇可以增加细胞膜的通透性，增加质子进入细胞质中，使细菌细胞无法维持pH值的稳定，从而提高了对较低pH值的敏感性，抑制一些乳酸菌的生长[87]。脂肪酸有助于葡萄酒香气和风味的形成，但含有10−12碳原子的游离中链脂肪酸对乳酸菌有害，游离脂肪酸分子进入乳酸菌细胞后，解离释放出H+，从而改变乳酸菌跨膜质子梯度[88]。Branco等[89]研究抗菌肽对葡萄酒发酵微生物的生理变化，研究表明，这些抗菌肽破坏了季也蒙有孢汉逊酵母(H. guilliermondii)细胞质膜的完整性，扰乱了其细胞内pH的稳态并导致可培养性的丧失。此外，啤酒中酿酒酵母与乳酸菌也会产生竞争作用，也会使乳酸菌的生长繁殖受到抑制。Sakamoto等[90]曾发现在碳水化合物和氨基酸等营养物质浓度非常低的发酵环境中，酿酒酵母会比其他细菌或酵母菌更先消耗环境中的营养物质。

饮料酒发酵体系中乳酸菌为优势的细菌分类，可以通过产生有机酸、竞争营养物质、产生抗菌素等途径抑制其他微生物的生长[91]。刘彩霞等[92]以高产酯酿酒酵母和3种同型发酵乳酸菌为研究对象，结果表明乳酸菌对高产酯酿酒酵母的生长和代谢有明显的抑制作用，研究认为是由于乳酸菌与高产酯酿酒酵母共同竞争发酵液中的营养成分，而且乳酸菌的代谢产物乳酸改变了发酵环境，导致了酿酒酵母的数量减少；同时，一部分乳杆菌与酿酒酵母所带电荷不同发生凝聚，促使部分酵母菌凝聚沉结在底部，减弱了酵母菌的发酵作用，也使其代谢物产量降低；乳酸菌能利用葡萄糖进行乳酸发酵，产生乳酸和乙酸等有机酸、H2O2、细菌素等多种具有天然抑菌活性的代谢产物，会抑制其他微生物生长繁殖。其中，乳酸、乙酸等有机酸和CO2会降低发酵环境中的pH值，较低的pH值会导致细胞酸化、破坏酶系统和降低营养吸收[93]，从而抑制大多数微生物的生长。罗青春等[94]对酿酒酵母、毕赤酵母、布氏乳杆菌和耐酸乳杆菌进行纯培养和共培养对比研究发现，2株乳酸菌代谢合成乳酸使环境中pH值下降，抑制了毕赤酵母的生长和乙醇代谢。对于乳酸菌分泌细菌素抑制微生物生长方面，舒梨等[95]从浓香型窖泥中以双层琼脂扩散法筛选出了一株具有高抑菌活性的副干酪乳杆菌株LP16，其代谢分泌的细菌素对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌以及部分乳酸菌有明显的抑制作用。

乳酸菌与一些酿造微生物共生时也会促进相互的生长繁殖和代谢。闫彬等[96]发现对酵母泥中大分子物质乙醇提取后再添加到合成培养基上，使得乳酸菌的迟滞期缩短、数量增加；与此同时，酿酒酵母分泌的蛋白酶，可以有效地分解蛋白质，生成氨基酸等生长因子，弥补乳杆菌只能通过代谢乳糖进行生长而造成繁殖速度缓慢的缺陷。张艳等[97]研究酱香型白酒发酵中2株主要乳酸菌对酿造微生物的影响，发现乳酸菌通过分泌乳酸形成弱酸性培养环境，促进了酵母菌的生长。Sieuwerts等[98]研究啤酒中乳杆菌与酵母菌共发酵过程及之后的酿造过程，发现酿酒酵母在发酵过程中可分泌各种营养因子如氨基酸、维生素等，促进了乳杆菌的生长；同时，通过对氧气的消耗在液体内部形成局部的厌氧环境，在发酵后期酵母菌也进行无氧呼吸生成CO2，阻碍了外界环境中的氧气进入发酵液，为乳杆菌提供良好的生长条件，促进乳酸菌生长繁殖。Shou等[99]对2株营养缺陷型酿酒酵母共培养，根据生长代谢情况发现二者呈互利共生关系，相互为对方提供生长所需要的氨基酸。

微生物是液质发酵食品的发酵动力，乳酸菌群是发酵微生物群落中的重要组成部分。在发酵过程中，乳酸菌不是孤立存在的，它与其他微生物间会发生各种不同的相互作用，推动着整体发酵微生物群落结构和功能的改变，影响着液质发酵食品最终风味的形成、营养物质的生成、口感的改善、安全性的提升等。截至目前，对食醋、酱油和白酒酿造过程中乳酸菌与其他微生物共生的研究逐渐增多，在共生中乳酸菌通过代谢分泌乳酸来影响自身或其他微生物生长的现象普遍存在，但乳酸对乳酸菌或其他微生物的作用机理需要进一步研究。随着现阶段分子生物技术和宏组学技术的发展，为更深入地了解乳酸菌与其他微生物间的相互作用提供了技术支持。本文综述了液质发酵食品中微生物群落及与乳酸菌间相互作用的研究进展，以期为进一步了解和研究白酒中乳杆菌酸胁迫应答机制奠定基础。