盘县火腿是贵州省著名特产,以传统工艺自然发酵而成,具有独特的地域质量特点,于2012年获得“国家地理标志”称号。随着盘县火腿产业的发展,自然发酵的弊端逐渐显现出来,如加工周期长、易受杂菌污染、火腿品质波动等。与其他发酵食品类似,干腌火腿中的微生物群落对风味和滋味的形成起着至关重要的作用。因此,揭示盘县火腿微生物群落结构演替与代谢产物形成的关系,筛选适宜于盘县火腿生产的发酵剂是突破企业瓶颈和实现标准化生产的关键。本论文以不同阶段(生腿期、腌制期、静置期、成熟初期、成熟中期和成熟后期)盘县火腿为试验材料,研究自然发酵过程中微生物群落的演替规律,并分析理化特性和代谢产物的动态变化,旨在通过微生物与代谢物之间的关联分析挖掘盘县火腿中潜在的关键微生物。主要研究结果如下:(1)Illumina高通量测序在门水平上的物种注释共发现10个细菌门和3个真菌门,以厚壁菌门(Firmicutes,53.57%)、变形菌门(Proteobacteria,40.36%)和子囊菌门(Ascomycota,97.78%)为优势菌门;在属水平上共发现154个细菌属和51个真菌属,平均丰度>1%的核心微生物属包括11种细菌和5种真菌,其中最丰富的是葡萄球菌属(Staphylococcus,44.79%)、德巴利酵母属(Debaryomyces,41.03%)和曲霉属(Aspergillus,37.68%)。α-多样性分析发现盘县火腿的微生物丰富度和多样性在自然发酵过程中显著下降,但细菌群落比真菌群落更复杂;β-多样性分析显示细菌和真菌的演替方向一致,但细菌群落结构的变化比真菌更剧烈。PICRUSt功能预测表明代谢是细菌群落最主要的功能,特别是碳水化合物代谢、全局和概述地图、氨基酸代谢;另外,与人类疾病有关的基因序列在自然发酵过程中明显减少,特别是癌症相关序列。(2)理化特性的动态变化显示,随着自然发酵的进行,水分含量和水分活度(a_w)持续下降,分别从72.69%和0.977降至43.93%和0.753,Na Cl含量从低于检出限增至5.28%,而p H从5.74缓慢上升至5.94,属于微酸环境,这些指标的变化不仅有助于盘县火腿品质的形成,还可以抑制盘县火腿中有害微生物的生长繁殖。肌内脂肪含量在发酵过程中持续减少,从9.60%降至6.47%,但仍高于塞尔塔火腿(5.96%),表明盘县火腿可能具有较好的弹性。对于色度指标,亮度(L*)和黄度(b*)在加工过程中显著下降,而红度(a*)显著上升,这意味着成熟盘县火腿具有较好的颜色参数。通过HS-SPEM/GC-MS技术从不同阶段盘县火腿样品中共检测出50种挥发性风味化合物,包括24种醛,9种醇,7种酮,7种酸,2种烃和1种吡嗪类物质。风味化合物的种类和含量在加工过程中呈上升趋势,从25种(218.50μg/kg)增加至40种(1044.49μg/kg)。感官属性与风味物质的PLSR回归模型发现3-甲基丁醛、十二醛、十六醛、(Z)-9-十八烯醛和十八醛与盘县火腿的肉香、清香和油脂香属性显著相关。(3)基于GC-TOF-MS的非靶向代谢组学结果显示,盘县火腿的代谢谱在自然发酵过程中发生了连续变化,且成熟初期变化最剧烈。根据OPLS-DA模型的VIP>1和ANOVA的p<0.05确定了导致明显分离的31个显著变量,包括15种氨基酸、6种脂肪酸、3种有机酸、2种糖、2种多元醇、2种核酸和1种其他物质。除2种糖(葡萄糖和果糖)外,所有显著差异代谢物在盘县火腿自然发酵过程中均呈上升趋势,且大多在成熟初期急剧增加并达到最大值,它们的积累对盘县火腿的滋味品质具有重要贡献。显著差异代谢物的途径分析表明它们共涉及30条代谢通路,其中,“丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢”、“甘氨酸,丝氨酸和苏氨酸代谢”和“精氨酸和脯氨酸代谢”是盘县火腿加工过程中最相关的代谢途径。(4)利用冗余分析(RDA)研究理化因子与微生物群落之间的相关性,结果显示水分含量是驱动细菌群落变异的主要环境因子;而和p H和a_w是驱动真菌群落变异的主要环境因子。为揭示盘县火腿中潜在的关键微生物,采用基于Pearson系数的相关性网络和多元RDA分析微生物群落对挥发性风味和非挥发性代谢产物的影响。根据微生物与风味物质的相关系数(|r|>0.6)和显著性结果(p<0.05),发现Staphylococcus、Aspergillus、Debaryomyces、假单胞菌属(Pseudomonas)、环丝菌属(Brochothrix)、不动杆菌属(Acinetobacter)和色盐杆菌属(Chromohalobacter)对盘县火腿风味品质有显著贡献。多元RDA显示,Staphylococcus,Debaryomyces和Chromohalobacter可促进氨基酸和脂肪酸的形成与积累,科贝特氏菌属(Cobetia)和Aspergillus与糖代谢密切相关,而Kushneria,Yamdamyza和青霉菌属(Penillium)与有机酸代谢有关。结合风味贡献度和代谢产物相关性,确定盘县火腿的关键微生物为Staphylococcus,Aspergillus,Debaryomyces和Chromohalobacter。