浏阳豆豉发酵过程微生物及物质成分变化研究

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huazhongtan
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豆豉是一类历史悠久的发酵豆制品,拥有独特的风味和较高的食用、药用价值,深受消费者喜爱。浏阳豆豉是湖南地方特色发酵大豆制品,也是曲霉型豆豉典型代表之一,其以黑豆为主要原料,是经过清洗、浸泡、蒸煮、制曲、洗霉、发酵而成的一种具有独特风味的药食同源产品。由于制曲一般采用自然发酵有多种微生物的共同作用,产生了活性肽、大豆低聚糖、大豆异黄酮等活性物质及吡嗪等风味成分并赋予豆豉更高的营养价值和特殊香气。目前,豆豉中关键风味成分以及豆豉的生理活性被研究较多,但是传统豆豉发酵过程中的物质形成规律的研究较少。本研究旨在通过高通量测序分析浏阳豆豉发酵过程中的细菌及真菌菌落结构变化;通过采用气相色谱-离子迁移谱(Gas Chromatography-Ion Mobility Spectrometry,GC-IMS)、气相色谱-质谱法(Gas Chromatography-Mass Spectrometer,GC-MS)联用技术解析关键风味成分及其释放规律;最后通过综合发酵过程中浏阳豆豉的三大营养物质降解规律与微生物菌落构成、风味物质释放之间的关联分析,解析浏阳豆豉中关键香气成分形成途径为豆豉的深度开发利用提供理论依据以及标准化生产提供理论指导。(1)通过对浏阳豆豉自然发酵过程中主要理化成分以及酶活力进行检测发现,浏阳豆豉发酵前期蛋白质含量相对恒定,可溶性蛋白质和氨基酸态氮缓慢上升,洗霉前后三类指标值减少,渥堆发酵期间,可溶性蛋白质和氨基酸态氮快速上升。游离氨基酸亦在发酵过程中持续积累,发酵第20天时(L20)达到最高8.59 g/100g,结合阈值分析认为对浏阳豆豉风味具有主要影响的游离氨基酸为谷氨酸、丙氨酸。豆豉中脂肪含量维持在16.23~18.37 g/100g左右,脂肪酶活力则在0.08~0.43 U/gprot之间,此外不饱和脂肪酸含量较高,以油酸为主,饱和脂肪酸则以棕榈酸为主。发酵过程中总糖通过α-淀粉酶转化为还原糖,在L20处达到最高(3.27%)。总酸和有机酸总含量的变化整体呈现上升趋势,其中有机酸主要以琥珀酸为主,乳酸在洗霉后快速增加,最后达到56.73μg/g。(2)联合GC-MS与GC-IMS全面分析浏阳豆豉发酵过程中的挥发性物质组成,共鉴定出114种挥发性成分,其中GC-IMS定性了50种,GC-MS分析了81种。大部分醇和酸随着发酵时间的增加而减少,而酯类、酮类、吡嗪类和酚类物质则在堆积发酵中积累。此外,根据GC-IMS结果的PCA和聚类分析表明,不同样品之间的区别非常明显,可分为三组,分别是,发酵前期(L1~L7)、中期(L9~L12-W)以及渥堆(L14~L20)三个阶段。通过比较L1和L20之间挥发性成分峰的强度、阈值和样品中的含量差异,推测己醇、己醛、2-戊基呋喃、1-辛烯-3-醇和3-辛酮、苯甲醛、乙酸乙酯、2,6-二甲基吡嗪等种挥发性成分对豆豉的风味具有重要影响。(3)通过ITS、16S rDNA高通量测序得到浏阳豆豉发酵过程中微生物多样性变化规律。真菌共检测出5种菌门,子囊菌门(Ascomycota)最占优势,平均丰度达到87.88%,属水平则是以石座菌属(Petromyces)为主,平均占样品中的69.15%。细菌检测出21种菌门,31种菌属,以厚壁菌门(Firmicutes)作为优势菌门,平均丰度为79.88%,其次是放线菌门(Actinobacteria)。属水平上,葡萄球菌属(Staphylococcus,33.90%)、未分类葡萄球菌目(Staphylococcaceae-unclassified,28.05%)是主要的细菌属。对真菌与细菌属水平的高通量测序结果进行PCo A与热图聚类分析,说明了细菌菌群结构变化较真菌更具有明显的的阶段性特征,细菌的聚类结果将发酵分为5大类别:制曲前期(L3)、制曲后期(L5、L7)、制曲后期(L9、L12)、洗霉(L12-W)、渥堆发酵(L14、L20)。(4)采用可培养技术对浏阳豆豉发酵过程中真菌微生物进行分离纯化,共分离出25株微生物,经过形态学观察,认为其中11株为真菌,包括3株青霉(Penicillium)、3株溜曲酶(Aspergillus tamarii)、4株黄曲霉(Aspergillus flavus)、1株杂色曲霉(Aspergillus versicolor)、1株构巢曲霉(Aspergillus nidulans)。其中有9株可扩大培养,且均表现出高水平的产纤维素酶和蛋白酶活力,但产脂肪酶能力较低。此外,鉴定出属于石座菌属的4株黄曲霉具有较高的蛋白酶活力,可能是浏阳豆豉发酵中的优势菌种,经AFPA黄曲霉毒素培养基法、质谱法(Mass Spectrometry,MS)证实其不具备产黄曲霉毒素能力,进一步通过PCR-RFLP检测发现其缺少产黄曲霉毒素基因。(5)利用Pearon对数据间进行相关性分析结果表明石座菌属与考克氏菌属(Kocuria)互为正相关,与链格孢属(Alternaria)、酵母属(Saccharomyces)和未分类的酵母目负相关,葡萄球菌与片球菌属(Pediococcus)和Auxarthron呈显着负相关。通常,不同微生物具有不同的产酶能力,从而具有不同的代谢特征,浏阳豆豉中微生物主要影响蛋白质与碳水化合物代谢两个部分,如片球菌主要影响丙氨酸和乳酸的生成,德巴利氏酵母(Debaryomyces)属、杆菌属(Bacillus)、酵母属等则与琥珀酸和柠檬酸生成关系密切。而蛋白质和碳水化合物代谢则对豆豉风味的形成有重要贡献,其中酸、酯、吡嗪、酚类与蛋白质代谢尤为相关,碳水化合物则与酚、吡嗪、脂类具有较强相关性。细菌对风味物质形成的影响更大,尤其是片球菌属、棒状杆菌属(Corynebacterium)、肠杆菌属(Enterobacter)、葡萄球菌属。其中葡萄球菌属与正己醇、乙醇、3-甲基丁醛、己醛等香气成分呈现正相关,片球菌属、未分类真菌以及根霉属(Rhizopus)则与酸类挥发性物质的形成关系密切,此外棒状杆菌也与2,6-二甲基吡嗪相关性较强,石座菌属与3-辛酮的产生有关,青霉属则与3-甲硫基丙醛、N-异丙基-1,3-丙二胺有较强相关性,石座菌属和细菌与品质呈现正相关,但青霉属需要引起关注。
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