论文部分内容阅读
老酵面团是一个复杂的生化体系,面团风味物质的种类与含量是影响其品质的一个重要因素。面团风味物质的产生除受使用原料、发酵方式影响外,更重要的是由于面团内部微生物发酵的作用。由酵母菌、细菌及霉菌等发酵菌群组成的混菌发酵体系,通过对面粉的发酵产生糖类、醇类、酸类、酯类及CO2使制备的馒头产生适宜的口感和风味。研究表明,面团发酵过程中内部微生物菌群及代谢物质是在逐渐变化,经过这一动态变化过程,最终形成了发酵面制品特有的质构和风味,然而关于微生物菌群及风味代谢物变化规律的研究仍比较缺乏。河南是我国面制品制造大省,传统老酵面团在河南历史久、分布广、种类繁、数量多,然而各地区、不同地形环境老酵面团中微生物菌群结构差异尚不明确,以及面团优势菌种间的互作关系仍未知晓。因此,本研究对河南地区不同地形（平原、山区、盆地）环境老酵面团微生物进行鉴定分析,研究面团发酵过程中菌群动态变化与风味物质间的相互关系,通过复配核心菌种研究面团乳酸菌对酵母菌的促进作用及其机制。本研究主要研究结果如下:1.为了明确河南地区不同地形环境老酵面团微生物菌群组成,采用传统分离培养技术对32份老酵面团中的细菌菌群和真菌菌群进行了分析。细菌主要是以乳酸菌为主,其中戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）在三种地形环境样本中均为优势菌种,而在盆地样本中最为突出;平原样本中分布较多面包乳杆菌（Lactobacillus crustorum）和植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）;山区样本以类食品乳杆菌（Lactobacillus paralimentarius）为次优势菌种,部分样品还含有短乳杆菌（Lactobacillus brevis）、明登乳杆菌（Lactobacillus mindensis）、食窦魏斯氏菌（Weissella cibaria）。真菌主要是以酵母菌为主,其中酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和扣囊复膜酵母（Saccharomycopsis fibuligera）为优势菌种。Saccharomyces cerevisiae在32个老酵面团中均有较高的占比,而Saccharomycopsis fibuligera在盆地样品中有广泛的分布。在部分山区样本中含有东方伊萨酵母（Issatchenkia orientalis）、热带假丝酵母（Candida tropicalis）和库德里阿兹威毕赤酵母（Pichia kudriavzevil）。2.采用高通量测序技术结合气质联用（GC-MS）技术,研究面团在发酵过程中,其内部菌群的动态变化规律,分析不同发酵阶段菌群结构的差异及其对风味物质形成的影响。老酵面团在发酵过程中共鉴定到131种挥发性香气物质,这些化合物随着发酵进程在不断更替变化。不同发酵阶段,各样品挥发性香气物质组成均存在差异。第一阶段（0 h）主要是以醇类和醛类物质为主;第二阶段（3 h）醇类、酯类风味物质的种类和相对含量均有所增加,伴随着酸类物质相对含量降低,此时是面团发酵香气物质形成的关键阶段;第三阶段（9 h）各类风味化合物质的代谢和积累呈现最大化,酸类物质的相对含量有所增加。这些差异存在的挥发性风味物质,是造成面团香气成分差异的关键因素,也是影响老酵馒头风味特异性的主要原因。老酵面团微生物菌种与馒头挥发性风味物质间相关性分析表明,乳酸菌与苯乙醛、苯乙醇、苯甲醛、γ-壬内酯具有较高的正相关系数,而与2-乙基己醛、癸醛、己酸、己酸乙酯等成负相关;片球菌与乙酸己酯、2-戊基呋喃、（E）-2-庚烯醛、庚醇、乳酸乙酯等成正相关,与α-己基肉桂醛、壬醛、2-乙基己醛、癸醇等呈负相关;醋酸菌与己酸、癸酸乙酯、（E）-2-庚烯醛、己酸乙酯、2-乙基己醛等呈正相关,与苯甲醛、γ-壬内酯、1-辛烯-3-醇呈负相关;酵母菌主要与苯乙醛、2-戊基呋喃、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-庚烯醛、己酸乙酯、甲酸己酯、癸酸乙酯等存在较高的相关性系数。3.为了弄清面团发酵中乳酸菌对酵母菌所起作用,将老酵面团乳酸菌与酵母菌进行重新组合研究复配菌种对馒头品质产生的影响。乳酸菌与酵母混合发酵过程中,酵母菌数量显著增长2～10倍;乳酸菌在面团发酵完成后数量出现1.5～20倍的增加,其中发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum）、融合魏斯氏菌（Weissella confusa）和乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）增长显著,Lactobacillus fermentum能明显促进酵母菌增殖。添加乳酸菌后面团产生较多的乳酸,p H值均降低,特别是Pediococcus pentosaceus和Lactobacillus fermentum,乙酸、酒石酸和丁二酸在测试面团及馒头中均有较高的含量,是复配面团中产生的主要酸类物质。添加Pediococcus pentosaceus后,馒头的比容增加,硬度值降低,同时面团中气体的产生量显著增加。从感官评定总体评价来看,Pediococcus pentosaceus复配发酵馒头得分最高,对馒头品质起到了改善作用,更受测试者偏爱。4.为了进一步探明面团发酵过程中Saccharomyces cerevisiae与Pediococcus pentosaceus的互作机制。采用转录组学技术解析Saccharomyces cerevisiae与Pediococcus pentosaceus共发酵条件下Saccharomyces cerevisiae基因表达水平的变化,并从碳水化合物、氨基酸及风味物质相关基因的差异表达角度分析Pediococcus pentosaceus对酵母菌代谢的促进作用。转录组测序结果表明,添加Pediococcus pentosaceus后Saccharomyces cerevisiae中共鉴定到383个差异表达基因（P<0.05）,KEGG pathway功能富集分析显示这些基因主要涉及参与氨基酸代谢、糖代谢及脂肪酸代谢等代谢途径。Pediococcus pentosaceus在与Saccharomyces cerevisiae共发酵过程中,能够促进Saccharomyces cerevisiae中与糖酵解及TCA循环相关基因（PFK27,PDC1,PDA1和CIT2）的表达上调,从而提高风味物质代谢及面团中气体（CO2）产生的能力。酵母Ehrlich途径相关基因（ARO9,GDH1,PDC1）表达上调表明Pediococcus pentosaceus能够提高Saccharomyces cerevisiae氨基酸的代谢能力,促进发酵过程风味物质合成。荧光定量PCR进一步验证这一结果,在面制品发酵过程中碳水化合物代谢产生能量、CO2及中间代谢产物,促进酵母发酵及面团气体的生成,氨基酸代谢有助于面制品风味物质的产生。