低强交变磁场辅助生米酿造米醋液态发酵的研究

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随着食醋产业的不断发展,液态发酵也成为酿造食醋的重要方法。采用低强交变磁场辅助米醋进行液态发酵,能够促进某些微生物生长或调控微生物代谢产物合成。所以,研究磁场作用下米醋醋酸液态发酵的工艺,分析磁场影响醋酸菌生长及发酵产酸的原因,不仅可为提高米醋产量,降低生产成本奠定基础,而且可为磁场应用于其它液体醋的生产提供参考。论文采用生米为原料,首先研究发酵时间、发酵温度、酵母添加量以及酒曲接种量对生米发酵产酒精的影响,并进一步优化生米酿造米醋酒精发酵阶段的工艺;其次,采用低强交变磁场辅助生米酿造米醋的醋酸液态发酵,探明磁场的作用条件对醋酸菌生物量和产酸量的影响,并建立低强交变磁场作用下醋酸液态发酵的动力学模型;最后,研究低强交变磁场辅助醋酸发酵时醋酸菌的转录组,探讨低强交变磁场调控醋酸液态发酵的机制。主要研究结论如下:(1)通过半固态发酵方式进行米醋的酒精发酵,先采用单因素试验研究发酵时间、发酵温度、酵母添加量以及曲接种量对生米发酵产酒精的影响,再根据响应面BBD试验设计原理,以酒精度为响应值,获得生米半固态酒精发酵的最佳工艺条件为:发酵时间8 d、发酵温度27℃、酵母添加量0.15%以及酒曲接种量13.95%。顶空固相微萃取联合GC-MS技术对生米半固态发酵的米酒的挥发性化合物进行分析,总共鉴定出22种风味化合物,包括8种醇类、7种酯类、2种醛类、2种酮类、3种其它类。(2)以残糖量、醋酸含量和醋酸菌生物量为指标,采用单因素实验方法对低强交变磁场辅助醋酸液态发酵的条件进行研究,确定了磁场作用的条件,即磁感应强度为30 Gs、低强交变磁场处理时间为3 h、磁场初次介入时间为接种后9 h,其产酸量提高了44.18%。建立低强交变磁场最佳条件下的醋酸发酵动力学模型,包括醋酸菌菌体生长Monod动力学模型、菌体粘稠发酵液动力学模型、菌体有底物抑制生长动力学模型和产物抑制生长动力学模型,其发酵动力学构建的模型均达到显著水平,能够对低强交变磁场辅助生米酿造米醋的醋酸液态发酵过程的动态变化做出良好的预测。(3)采用转录组学的方法对比研究正常醋酸液态发酵和低强交变磁场辅助醋酸液态发酵条件下的醋酸菌的转录组,得到的测序结果质量稳定,组内样本重复性良好并且差异较低,基因模式表达相似。此外,获得差异基因266个,其中上调基因103个,下调基因163个。对差异基因进行GO富集分析,找到了与醋酸菌生物量、总酸产物合成和底物酒精消耗等紧密相关的差异基因cyaA、cyoC、ZMO1681、cyaB和corA。经过分析发现施加低强交变磁场使cya A与cyo C基因编码的呼吸还原酶活性增加,促进醋酸菌细胞生长;加快了ZMO1681与cya B基因编码的跨膜转运蛋白和cor A基因编码的cor A转运蛋白介导的离子等物质运输,强化了生物膜稳定性,提高了催化氧化反应速率。经过KEGG通路分析,参与醋酸菌细胞生长相关代谢通路的核糖体途径(ko03010);醋酸菌生物膜相关代谢通路的丙氨酸、天冬氨酸与谷氨酸代谢途径(ko00250)和氧化磷酸化途径(ko00190);醋酸菌应激响应相关代谢通路的醋酸菌群体感应、硫胺素代谢和萜类与聚酮类化合物代谢途径,其施加低强交变磁场后其差异基因表达量上调,影响了醋酸菌生物量、代谢以及生物合成,促进醋酸菌一系列的生化反应。
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