【摘 要】
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苹果醋是由苹果汁经酒精和醋酸发酵两步制成的,具有提高机体免疫力、预防骨质疏松、促进新陈代谢及美容养颜的作用。由于液态发酵所用的菌种和酶系相对单一,造成酿造果醋风味不足等问题。本文针对上述难题,采用双菌协同液态发酵方法,在醋酸发酵阶段同时接种巴氏醋杆菌和植物乳杆菌发酵苹果醋,优化发酵工艺条件,同巴氏醋杆菌纯发酵对比分析苹果醋基本理化性质与挥发性风味物质差异,探究发酵过程中巴氏醋杆菌与植物乳杆菌生长代
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苹果醋是由苹果汁经酒精和醋酸发酵两步制成的,具有提高机体免疫力、预防骨质疏松、促进新陈代谢及美容养颜的作用。由于液态发酵所用的菌种和酶系相对单一,造成酿造果醋风味不足等问题。本文针对上述难题,采用双菌协同液态发酵方法,在醋酸发酵阶段同时接种巴氏醋杆菌和植物乳杆菌发酵苹果醋,优化发酵工艺条件,同巴氏醋杆菌纯发酵对比分析苹果醋基本理化性质与挥发性风味物质差异,探究发酵过程中巴氏醋杆菌与植物乳杆菌生长代谢特征及相互作用影响,分析发酵过程中关键酶活性变化,并初步构建双菌协同发酵苹果醋代谢网络图,进行代谢通量分析。主要研究结论如下:(1)双菌协同发酵苹果醋工艺条件优化及主要理化性质和风味物质分析。采用单因素和响应面试验,确定了较优工艺条件,即初始酒精度9%、发酵温度31℃、巴氏醋杆菌接种量10%、植物乳杆菌接种量10%、摇床转速170 r/min,此时,总酸含量为56.13 g/L。双菌协同发酵果醋过程中蛋白质、多酚、黄酮、维生素C含量高于巴氏醋杆菌纯发酵,抗氧化性明显增强。巴氏醋杆菌纯发酵与双菌协同发酵苹果醋中分别检测到25种和36种挥发性风味物质,双菌协同发酵促进了酯类、酮类化合物的产生,同时降低了具有不良风味的酸类物质含量,使得苹果醋具有更高的营养及风味。(2)双菌协同发酵苹果醋微生物生长代谢特征及相互作用研究。结果表明,双菌协同发酵可促进游离氨基酸的积累,特别是丙氨酸,亮氨酸,精氨酸,异亮氨酸和缬氨酸。有机酸分析结果表明,双菌协同发酵对乙酸积累与巴氏醋杆菌纯发酵相比影响不显著,发酵结束分别达到59.91和61.36 mg/m L。同时双菌协同发酵会促进乳酸的积累,适量的乳酸可使醋的风味更加柔和,乳酸又可通过可逆途径转化为丙酮酸,进一步产生醋的关键风味物质乙偶姻,发酵末期乙偶姻含量显著高于巴氏醋杆菌纯发酵,为0.77 mg/m L。两微生物生长所消耗的碳源分别是葡萄糖和乙醇,没有营养竞争关系。巴氏醋杆菌具有较高的乙醇、乙酸耐受性,且适量的植物乳杆菌代谢物可促进巴氏醋杆菌的生长,但当乳酸含量大于2%时,其生长代谢会受到一定的抑制。(3)双菌协同发酵苹果醋关键酶活性变化分析和代谢通量分析。结果表明,双菌协同发酵过程中,丙酮酸激酶活力从第2天的207.92 U/mg到第12天的170.03U/mg,一直保持较高的酶活力,促进糖酵解途径进入丙酮酸的代谢。乳酸脱氢酶也保持着较高活力,从第2天的70.11 U/mg到第12天的35.29 U/mg,促使乳酸的生成,且该途径为可逆途径,部分乳酸又会被代谢成丙酮酸,进而生成乙偶姻物质。同时代谢通量分析结果表明,双菌协同发酵提升了糖酵解途径和丙酮酸的代谢途径的代谢流量,分别为1.67377、0.83561 mmol/g·DW·h,而对磷酸戊糖途径和三羧酸循环途径影响不大。乙醇氧化是醋酸发酵重要的途径之一,乙醇脱氢酶与乙醛脱氢酶是醋酸菌代谢乙醇产乙酸的两大关键酶系,双菌协同发酵过程中均保持较高活力,但其代谢流量低于巴氏醋杆菌纯发酵,分别为9.84229、13.24715mmol/g·DW·h,而发酵结束后乙酸含量无显著性差异,这说明共发酵过程乙醇氧化成乙酸具有一定程度的滞后性,但对总体产酸无明显影响。本文选用巴氏醋杆菌与植物乳杆菌协同发酵苹果醋,并进行代谢通量分析,确定较优发酵工艺条件,且在植物乳杆菌的作用下,有效提升了果醋抗氧化活性、有机酸和氨基酸含量,对醋酸的积累没有显著影响,营养及风味物质增加,初步了解双菌协同发酵苹果醋的代谢机理,为增强苹果醋营养风味及工业化生产提供基础指导,同时为建立高品质果醋液态发酵体系提供理论基础。
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