食醋行业属于传统的发酵行业之一。在我国,镇江香醋是最具代表的食醋之一。镇江香醋以糯米为主要原料,采用独特的固态多菌种混合发酵工艺进行发酵,同时利用套醪分层接种工艺进行微生物接种,在发酵过程中不接种外源微生物,使得镇江香醋批次之间的品质差异较小。由于受到传统发酵行业自身的特点和研究方法(纯培养技术、化学分析方法)的约束,使得大家对于传统食醋发酵机理的认识不足,生产过程的控制主要还是以经验为主,严重阻碍了传统食醋行业的发展。本文以镇江香醋为研究对象,对醋酸发酵过程醋醅进行采样,采用分子生态学技术和现代分析仪器对其中的微生物和风味物质进行了分析。论文主要研究结果如下:对醋酸发酵过程中醋醅的理化指标(品温、含水量、总酸、pH)和化学风味物质(有机酸、氨基酸、挥发性物质、吡嗪类物质)含量的变化进行了分析。在有机酸分析结果中,共检测出7种有机酸,分别为乙酸、乳酸、琥珀酸、酒石酸、草酸、α-酮戊二酸和柠檬酸;其中,乙酸、乳酸和琥珀酸是其中3种含量最丰的特征性有机酸(含量总和在总有机酸中所占的比例维持在90%以上),其含量从发酵初始的1.86 g/100 g干醅升高至醋酸发酵结束时的21.68 g/100 g干醅,增长11倍左右。对醋醅中的17种氨基酸进行了分析,结果发现醋醅中氨基酸总量从发酵初始阶段的1834.71 mg/100 g干醅升高至醋酸发酵结束时的13058.35 mg/100 g干醅,提高了7倍左右;其中含量最高的5种游离氨基酸分别为谷氨酸、精氨酸、丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸,其含量的总和占氨基酸总量的60%以上。采用GC-MS对醋醅中的挥发性物质进行了分析,共检测出酯类物质30种,其总量从发酵初始的229.18μg/g干醅升高至发酵结束时的796.79μg/g干醅;羧酸类物质共检测出10种,含量由从发酵初始阶段的14.75μg/g干醅上升至发酵结束时的39.94μg/g干醅;醇类物质共检测出11种,含量由从发酵初始阶段的844.51μg/g干醅下降至发酵结束时的92.02μg/g干醅;羰基类化合物共检测出7种,含量由从发酵初始阶段的5.22μg/g干醅上升至发酵结束时的57.68μg/g干醅;吡嗪类物质共检测出2种,含量由发酵初始阶段的0μg/g干醅升至发酵结束时的64.43μg/g干醅。采用分子生态学技术(变性梯度凝胶电泳技术和荧光定量PCR技术)对镇江香醋醋酸发酵阶段不同时间和空间醋醅的微生物群落结构及生物量进行了研究。同时采用纯培养方法筛选出10株与酿醋相关的功能性微生物,其中1株属于醋酸菌属、2株属于乳酸菌属、4株属于芽孢杆菌属、2株属于类芽孢杆菌属,1株属于葡萄球菌属。进一步采用分析仪器(HPLC、GC-MS等)对功能微生物的摇瓶发酵液进行了风味物质分析。在对有机酸的检测结果中,共检测出8种有机酸,分别为乙酸、乳酸、苹果酸、琥珀酸、焦谷氨酸、α-酮戊二酸、酒石酸和丙酮酸,含量在0～1755.89 mg/100 mL之间,且每种微生物能产生两种或两种以上的有机酸。在对挥发性风味物质的分析结果中发现,筛选出的10株功能性微生物均能产生5～6类的挥发性物质(酯类、羧酸类、醇类、羰基类、烷烃类和芳香族化合物)。与此同时,我们还发现这10株微生物还具有较好的产吡嗪类物质的功能,共检测出10种吡嗪类物质,除了Lactobacillus helveticu之外,其余9种微生物均能产生至少1种吡嗪类物质,其含量在0.12～86.40μg/100 mL之间。在对镇江香醋醋醅中的微生物和化学风味物质分析的基础上,采用生物学软件对所得数据进行主成分分析(PCA)。醋醅中微生物生物量PCA的结果表明,镇江香醋醋酸发酵过程大致可以分成5个阶段,即发酵前5天下层未接种醋醅,发酵前7天上层接种醋醅,发酵第7天至第12天左右醋醅,发酵第12天至发酵结束醋醅,发酵结束至封醅结束醋醅。此基础上,通过PCA对醋酸发酵过程中的有机酸和氨基酸含量进行分析,并对这两类物质在醋酸发酵过程中的产生规律进行了初步的分析。在前期研究的基础上,选取前期筛选到的产有机酸和功能性物质(川芎嗪)最优的3株功能性微生物对国内3种不同的酿醋工艺食醋(翻缸醋、池醋和淋浇醋)醋酸发酵阶段进行生物强化试验。结果表明:1)微生物强化可加速发酵前期的醋醅提热时间,从而提高了原料的转化和主要产物的生成速率,缩短食醋的醋酸发酵周期;2)微生物强化提高了食醋中3种主要有机酸(乙酸、乳酸和琥珀酸)在总有机酸中的比例,提高幅度大约在10%～15%之间;3)微生物强化提高了食醋中3种主要氨基酸(丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸)的含量,提高幅度在10%～35%之间;4)微生物强化提高了食醋酿造的出醋率,可达7%～25%。