乳酸片球菌与米根霉混菌发酵对羊肉香肠菌群及其代谢特性的影响研究

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2020年,我国羊出栏量已达31941万只,羊肉产量492万吨,对羊肉制品的开发具有巨大前景。传统发酵香肠是在自然条件下利用环境微生物发酵制成的具有良好贮藏性和特殊风味的肉制品。羊肉因其低脂肪、低胆固醇和高优质蛋白等属性优于猪肉。由于人们生活水平的不断提高,饮食文化和膳食结构的逐渐改善,使得我国羊肉制品消费需求逐步扩大。所以亟需拓展以羊肉为原料的羊肉制品的多样化。研究羊肉香肠发酵过程中风味形成与微生物潜在的关系,揭示有助于风味物质形成的主要功能微生物,对指导羊肉香肠生产和控制产品质量有重要意义。本研究在传统工艺的基础上,将乳酸片球菌和米根霉两种菌株制备的强化菌剂接种到羊肉发酵香肠中,以传统发酵为对照。研究羊肉香肠发酵过程中微生物群落演替规律及多样性,并采用代谢组学技术分析羊肉香肠发酵过程中代谢物的动态变化及组成差异,最后探究发酵过程中强化菌对微生物扰动及差异代谢物的影响,进而进行相关性分析,了解羊肉香肠发酵过程中潜在的关键微生物。研究结果如下:(1)从所有样本中共获得1,824,168条16SRNA基因V3-V4区原始序列和2,110,376条18SRNA基因ITS1原始序列。经质控后CT组共生成735979条细菌有效序列和895867条真菌有效序列,平均有效率分别为78.25%和94.99%;QH组生成751138条细菌有效序列和1236057条真菌有效序列,平均有效率分别为76.41%和95.47%。在属水平上,共检测出11个优势细菌属和8个优势真菌属(平均相对丰度大于1%)。PICRUSt2功能预测表明,代谢功能是细菌群落的主要功能。在KEGG level-2上进一步分析发现,碳水化合物代谢(10.33~12.61)和氨基酸代谢(9.03~11.76)是主要的代谢功能。此外,还发现除第0天和16天外,QH组与人类疾病有关的功能基因显著低于CT组,表明强化发酵有利于提高羊肉发酵香肠的安全性。(2)采用顶空固相微萃取结合气相色谱质谱联用技术对羊肉香肠传统与强化发酵过程中挥发性风味物质进行鉴定,结果表明,共获得80种挥发性风味物质,包括17种酯类、16种醛类、16种醇类、10种酸类、10种烃类、3种苯类、2种酮类和6种其他风味物质。主成分分析(PCA)结果显示:传统和强化香肠在发酵过程中挥发性物质变化趋势相差较大。随着发酵时间的推进,CT与QH组挥发性化合物差异逐渐加大。此外,结合VIP>1和P<0.05共筛选出16种显著差异挥发性化合物。(3)采用超高效液相色谱-串联质谱联用(UHPLC-MS)对羊肉香肠传统与强化发酵过程中的非挥发性代谢物进行分析,结果表明:基于OPLS-DA模型和T检验差异分析,共获得30种显著差异非挥发性代谢物,包括7种脂肪酸及其复合物、4种氨基酸、4种芳香族化合物、3种嘌呤及其衍生物、3种碳水化合物、2种吡啶类、1种有机酸和6种其他物质。差异代谢物的代谢途径分析表明,共富集到35条代谢途径,其中6条关键代谢途径(精氨酸和脯氨酸代谢、精氨酸生物合成、苯丙氨酸代谢、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢、淀粉和蔗糖代谢和苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成)被确定,这些代谢途径与羊肉香肠成熟密切相关。(4)采用OPLS-DA分析得到9个核心微生物(VIP>1),包括5个细菌属(片球菌属(Pediococcus)、明串珠菌属(Leuconostoc)、嗜冷杆菌属(Psychrobacter)、肠球菌属(Enterococcus)、环丝菌属(Brochothrix))和4个真菌属(德巴利氏酵母属(Debaryomyces)、青霉属(Penicillium)、根霉属(Rhizopus)和曲霉属(Aspergillus))。相关性结果,明串珠菌属、肠球菌属、环丝菌属和嗜冷杆菌属属与10种挥发性物质(醇、醛、酸)有较强相关性。此外,片球菌属和根霉属与苯乙醇和3-甲基丁酸呈显著正相关,与1-辛烯-3-醇呈显著正相关。明串珠菌属、肠杆菌属、环丝菌属、嗜冷杆菌属与6种显著差异非挥发性代谢物呈高度正相关。青霉属和曲霉属与12种显著差异非挥发性代谢物呈显著正相关,表明其对羊肉发酵香肠的品质形成有重要作用。其次,片球菌属与氨基酸和烟酸呈显著正相关。
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