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发酵米粉是以大米为原料,经过大米的浸泡、发酵、清洗、磨浆、蒸挤、保湿、成型、蒸粉、切断和包装等步骤制成的条状或片状产品,在我国及东南亚具有广阔市场。发酵过程中微生物代谢产生的酸、酶等代谢产物使米粉更加具有柔韧筋道,口感润滑,不易浑汤等特点,因而广受消费者青睐。传统的自然发酵法生产米粉导致的产品质量不稳定,发酵时间随季节性变化较大等问题,基因组改组作为一种较成熟的育种技术,能够通过原生质体融合方式将不同亲本菌株的优良性状集中于一体,得到理想的目标菌株。因此本研究在从大米发酵液分离筛选出具有单一特性的亲本菌株基础上,着力应用基因组改组技术选育优良乳酸菌,以此作为强化发酵菌种应用于米粉发酵并对其应用效果加以验证,以期获得高效的米粉发酵菌种,提升发酵米粉工业化水平和安全性。笔者为此展开了相关研究工作,主要结果如下:(1)采用传统培养方法对0d至4d大米发酵液的菌相变化进行分析,结果为大米发酵液中可培养霉菌酵母菌数量呈先上升后下降趋势,而菌落总数和乳酸菌则随着时间增加而增加,尤其乳酸菌0d-4d菌落总数增加了两个数量级,从2.50×10~6CFU/m L增加至2.56×10~8CFU/m L;通过Illumina Hi Seq测序分析发酵液样品中乳酸菌多样性,结果表明发酵液样品具有较高的乳酸菌丰富度,各个时期乳酸菌占99%以上,而随着浸泡发酵时间延长,乳酸菌种群多样性逐渐降低,从27个属降至3个属。通过基因预测可知,不同发酵时期样品功能基因中主要是氨基酸转运和代谢、碳水化合物转运和代谢、脂质转运和代谢、辅酶转运和代谢、能源产生和转换等与代谢相关的基因,这能为后续优良亲本分离、筛选奠定基础。(2)采用高通量筛选方法以产酸产酶能力为考核指标,从样品中分离获得7株具有良好产酸能力以及淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶活性的菌株。通过生理生化试验和16S r DNA分子鉴定得出:R133、R02、R1310、R1212、R13共5个菌株为戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus),R29为发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum),R112为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。采用主成分分析法比较7个菌株特性后选取Pediococcuspentosaceus R02、Bacillus subtilis R112作为亲本菌株进行后续试验,两菌株大米培养液p H均在4.5以下,其中Pediococcus pentosaceus R02淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶活性分别为140.43 U/m L、7.75 U/m L、0.715 U/m L,Bacillus subtilis R112淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶活性分别为171.79U/m L、11.03 U/m L、0.64 U/m L。(3)首先对P.pentosaceus R02原生质体制备、再生条件进行探索,结果为在甘氨酸浓度1.2%,菌龄22h,溶菌酶浓度35mg/m L,酶解温度37℃,酶解时间30min条件下原生质体形成率达93.02%,再生率为33.42%;以致死率为指标得到双亲最佳灭活条件分别为18w紫外灭活10min和60℃热灭活80min;以原生质体融合率为指标得到原生质体融合最佳条件为PEG浓度为30%,37℃温度下融合5min。随后以P.pentosaceus R02和B.subtilis R112为亲本,采用基因组改组技术进行多轮基因组改组选育得到一株优良特性的菌株G2175,其淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶活性分别达262.86U/m L、24.58U/m L、0.05U/m L,较亲本蛋白酶、淀粉酶活性分别提高161.77%、68.39%且连续传代8代均有良好的遗传稳定性;进行细菌全基因组扫描图测序及分析表明G2175与亲本菌株P.pentosaceus R02亲缘性更近,具有相似的基因功能特性,系统发育树鉴定其为戊糖片球菌;而比较基因组学表明G2175有7个独有基因家族,且在全基因组水平上存在倒位、插入、缺失和易位现象,更进一步说明G2175是亲本菌株R02和R112基因组改组获得。(4)测定P.pentosaceus G2175强化发酵大米粉与亲本菌株强化发酵大米粉中主要化学成分、糊化、流变特性和鲜湿米粉质构、感官、断条率等方面的品质变化。结果表明,G2175蛋白质、脂肪含量较亲本菌株平均值分别降低了15.56、32.14%,直链淀粉、总淀粉、还原糖含量分别提高了19.40、7.87、31.25%;峰值黏度、崩解值、回生值分别变化了0.89~6.58%、3.84~25.15%、6.75~11.57%,且在相同频率下G2175损耗角内切值最低,说明G2175强化发酵大米粉具有良好的加工性能。P.pentosaceus G2175强化发酵大米粉的硬度、咀嚼性、回复性较亲本菌株分别提高12.72~36.44%、16.14~34.87%、0~42.86%,且色泽、气味、断条率等的综合评价感官评分最高,进一步将不同处理方式得到的鲜湿米粉进行主成分分析,P.pentosaceus G2175鲜湿米粉主成分得分最高,说明其米粉品质最好。(5)将菌株特性、大米粉特性、米粉品质进行相关性分析,结果表明,其发酵液p H与蛋白质和脂肪含量显著正相关,与还原糖、直链淀粉、淀粉含量显著负相关(p<0.05);菌株的淀粉酶、蛋白酶活性与大米粉还原糖、直链淀粉、淀粉含量显著正相关(p<0.05),而与大米粉的脂肪、蛋白质含量显著负相关(p<0.05);大米粉的峰值黏度、谷值黏度、崩解值与直链淀粉和还原糖含量极显著正相关(p<0.01),与脂肪含量极显著负相关(p<0.01);大米粉的回生值、峰值时间、糊化温度与直链淀粉和还原糖含量极显著负相关(p<0.01),与脂肪含量极显著正相关(p<0.01);大米粉原料中的淀粉含量与蛋白质、脂肪含量极显著负相关(p<0.01),而与直链淀粉、还原糖含量极显著正相关(p<0.01)。大米粉原料中的直链淀粉、淀粉、还原糖含量与鲜湿米粉的断条率极显著负相关(p<0.01),蛋白质、脂肪含量与米粉断条率显著正相关(p<0.05),说明菌株产酸产酶的优良性状有利于改变大米粉特性进一步提高鲜湿米粉品质,而改组菌株G2175的蛋白质含量、脂肪含量较亲本平均值低1.18、1.47倍,直链淀粉、淀粉、还原糖含量较亲本菌株平均值高1.16、1.08、1.45倍。