你喜爱的巧克力风味 竟是微生物群落的“魔法缔造”？

封面新闻记者 边雪

近日，最新一期《自然·微生物学》杂志发表的研究揭示，巧克力那迷人的醇香风味，并非“天赐”，而是微生物群落发酵可可豆的产物，该研究也成为食品科学领域的一大突破。

图源：诺丁汉大学网站截图。

研究团队利用9种微生物组成的“合成群落”，在实验室中成功复制出高品质巧克力的风味特征。这项成果有望推动巧克力工业化生产的标准化，让更多人品尝到风味一致的高端巧克力体验。

巧克力风味的秘密：微生物发酵的“魔法”

作为全球最受欢迎的甜食之一，巧克力的生产始于可可树的果实。新鲜可可豆未经处理时，味道苦涩，难以下咽，通过关键步骤发酵后，可可豆才能转化为带有丰富风味的原料。

传统发酵通常在农场进行：将可可豆装进木箱或堆积起来，覆盖香蕉叶，自然界的微生物群落便开始“工作”。这种自然发酵赋予了巧克力独特的地域特色，但也带来了问题——不同产地、气候和土壤条件下的微生物差异，可能导致巧克力风味从“细腻花香”到“平淡无味”不等。

全球巧克力产业年产值超过千亿美元，其中“细风味”巧克力以其复杂香气（如焦糖、果香和木质调）备受追捧，市场占比仅5-10%，代表了高端品质。

传统发酵依赖于野生微生物，包括细菌（如醋酸细菌和乳酸细菌）和真菌（如酵母菌）。 这些微生物通过代谢分解可可豆中的糖、蛋白质和多酚类物质，产生挥发性化合物。然而，这种自然过程难以控制，温度、酸碱度或微生物互动的细微变化，都可能导致风味不稳定，影响产量和品质。

过去，科学家们尝试研究单一微生物或简单混合的效果，但始终无法完全模拟自然发酵的复杂性。这项新研究首次通过“合成微生物群落”实现了突破，证明实验室条件下的可控发酵能再现优质巧克力风味。这不仅解开了微生物与风味形成的奥秘，还为巧克力产业的标准化生产提供了可能，类似啤酒或奶酪行业已通过“起始菌种”实现了一致性。

从农场到实验室

这项研究由英国诺丁汉大学生物科学学院领衔，联合哥伦比亚当地研究机构完成。团队选取了哥伦比亚三个不同产区的农场——桑坦德、维拉和安蒂奥基亚——作为研究起点。这些地区因气候、地形和土壤差异，代表了多样化的可可产地。

论文第一作者、生物科学学院的David Gopaulchan博士解释说：“发酵是一个自然的、由微生物驱动的过程，通常直接在可可农场进行。收获的可可豆被堆放在箱子、堆子或篮子里。在这样的环境中，周围环境中自然产生的细菌和真菌会分解可可豆，产生构成巧克力最终口味和香气的关键化学成分。然而，这种自发发酵基本上不受控制。农民几乎无法控制哪些微生物占主导地位，也无法控制发酵过程如何进行。因此，发酵过程，以及由此产生的可可豆的风味和品质，在不同收获、农场、地区和国家之间差异很大。”

该研究分为两阶段：实地监测和实验室模拟。在农场，团队采用传统发酵方式，将新鲜可可豆放入木箱，覆盖香蕉叶，每隔48小时和96小时翻动一次。

期间，科学家们每日记录温度和酸碱度变化，并从发酵豆及周围环境（如空气、土壤）中采集样本。通过高通量基因测序技术（全元基因组霰弹枪测序），分析了微生物群落的动态变化。结果显示，发酵过程中微生物多样性逐渐下降，关键种类包括醋酸细菌、乳酸细菌和糖酵母菌。

基于这些数据，研究者筛选出9种微生物（5种细菌、4种真菌），构建了一个“合成微生物群落”。这个群落覆盖了自然发酵中55.6%的微生物种类和94.9%的代谢功能。

在实验室中，团队将这一群落接种到灭菌可可豆上，模拟农场条件：控制温度（从30°C逐渐升至45°C）和酸碱度环境。此外，他们还进行了“单菌剔除”实验，逐一移除某种微生物，观察对整体群落和风味的影响。最终，通过气相色谱-质谱联用和液相色谱-质谱联用技术，分析了发酵产物中的挥发性和非挥发性化合物，并由专业品评师对巧克力液的风味进行感官评估。

温度、酸碱度与微生物如何协同作用？

研究结果令人振奋：合成微生物群落成功再现了农场发酵的动态过程。发酵过程中，温度呈S型上升（24小时后加速），酸碱度先下降后回升（果浆酸度降至4以下，胚芽酸度逐渐降低），这些变化与微生物代谢密切相关。例如，乳酸细菌产生酸性物质降低酸碱度，酵母菌则分解糖类，产生热量和酒精。

在风味方面，合成群落发酵的样品富含高品质巧克力的标志性化合物：吡嗪类（带来甜美和咸鲜风味）、乙醛（带来果香）、酯类（如乙酸乙酯，带来花香和焦糖调）。感官测试表明，这些样品的风味与桑坦德和维拉产地的细风味巧克力相当，甚至可媲美马达加斯加的高端产品。

研究发现，特定酵母菌（如Torulaspora和Saccharomyces）与“轻木、花香和焦糖”风味高度相关，而醋酸细菌则推动酸化，促进细胞壁分解和风味释放。

产地差异也影响微生物群落的组成：安蒂奥基亚地区的微生物群落差异最大，可能因其独特气候导致风味偏离。单菌剔除实验进一步证明，微生物群落的稳定性依赖于细菌与真菌的相互作用，移除关键菌种会显著改变酸碱度和化合物产量，凸显了微生物“团队合作”的重要性。

此外，温度和酸碱度被证明是预测风味的关键指标：较低酸碱度和适度升温促进果香形成，高温则增强烤香。这些发现通过统计分析（如香农多样性指数和布雷-柯蒂斯多样性）得到验证，强调了环境与微生物的协同作用。

巧克力如何从传统工艺到科学生产？

David Gopaulchan 博士补充道：“我们的发现对于帮助巧克力生产商能够持续最大限度地提高可可产量非常重要，因为我们已经证明，他们可以依靠特定的 pH 值、温度和微生物动态等可测量的标记来可靠地预测和实现一致的风味结果。

从更广视角看，气候变化正威胁全球可可产区，如西非和拉美地区的干旱和病虫害。标准化发酵能减少对特定产地的依赖，推动可持续生产。有行业专家预测，这一技术可与基因编辑或精准农业结合，进一步优化风味。

这项研究为巧克力产业提供了“起始菌种”的蓝图，类似啤酒酿造或奶酪生产中的标准化做法。生产商可通过接种合成微生物群落，减少批次间的风味差异。这有望提升细风味巧克力的市场份额，让高品质巧克力更易得、更实惠。