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大曲是我国白酒和食醋酿造特有的液化和糖化发酵剂,含有丰富的微生物系和酶系,直接为酿造提供原始的发酵力。传统大曲固态发酵也是利用微生物与环境因子之间关系,控制大曲温度以富集功能微生物。微生物与环境之间关系是目前研究一大热点。从生态角度讲,大曲固态发酵过程中微生物群落结构演变会受发酵温度、pH、酸度和水分等环境因子的影响,因此大曲固态发酵过程是探索微生物群落与环境之间关系的良好研究对象。本论文以岐山醋大曲为研究对象,采用分子生态学技术研究岐山醋大曲微生物多样性,并初步阐明环境因子胁迫下岐山大曲固态发酵过程中微生物群落结构演变规律。论文具体研究结果如下:岐山醋大曲理化指标符合行业通用标准,且含有丰富的微生物群落。岐山大曲水分<13%,pH值在6.18至6.57之间,酸度在1.38至2.04 mmol 10-1 g-1之间。表层曲糖化力和液化力最高,分别达1697.91 mg葡萄糖g-1 h-1和0.99 g淀粉g-1 h-1;而红心曲糖化力最低,为131.65 mg葡萄糖g-1 h-1;槐瓤曲液化力最低,为0.10 g淀粉g-1 h-1。岐山大曲表层曲微生物多样性较中心曲丰富,槐瓤曲微生物多样性低于青茬曲和红心曲。岐山醋大曲固态发酵过程中微生物群落结构变化是一个动态演变过程。结合应用PCR-DGGE和Illumina MiSeq sequencing技术研究大曲固态发酵过程微生物群落结构演变规律。大曲温度先上升后下降,pH值基本呈现上升趋势,而酸度基本呈下降趋势,还原糖含量前期波动较大但基本呈下降趋势,粗淀粉含量基本大于60%。糖化力和液化力均呈先升后降的趋势,均在发酵第7 d达到峰值,其中糖化力最大为1812.67 mg葡萄糖g-1 h-1,液化力最大为1.01 g淀粉g-1 h-1。微生物生物量基本呈现先升后降趋势。蓝细菌目(Cyanobacteria)和立克次氏体目(Rickettsiales)仅为大曲固态发酵第1 d的主要优势菌,芽孢杆菌目(Bacillales)和毛霉菌目(Mucorales)为固态发酵中、后期优势菌,而肠杆菌目(Enterobacteriales),乳杆菌目(Lactobacillales),酵母菌目(Saccharomycetales)和散囊菌目(Eurotiales)为整个固态发酵过程优势菌。采用大曲中筛选到的芽孢杆菌属(Bacillus),片球菌属(Pediococcus),威克汉姆酵母属(Wickerhamomyces)和复膜孢酵母属(Saccharomycopsis)进行强化接种,进行大曲固态发酵试验,并以传统固态发酵为对照,应用Illumina HiSeq测序技术揭示强化接种对岐山醋大曲固态发酵过程中微生物群落结构演变的影响。强化大曲和传统大曲固态发酵过程中理化指标、酶活性、微生物量、微生物群落结构变化规律基本一致。强化大曲和传统大曲微生物群落结构和微生物多样性差异不显著(P>0.05)。但是,强化大曲固态发酵第2-10 d的酸度显著比传统大曲的高(P<0.05),强化大曲固态发酵第2-10d淀粉酶、糖化酶活性明显比传统大曲高(P>0.05),同时,在发酵前期强化接种芽孢杆菌属(Bacillus),片球菌属(Pediococcus),威克汉姆酵母属(Wickerhamomyces)和复膜孢酵母属(Saccharomycopsis)可提高大曲固态发酵中、后期微生物多样性(P>0.05)。通过设置中温、低温大曲固态发酵试验,应用Illumina HiSeq sequencing技术比较分析中温、低温大曲固态发酵过程中微生物群落结构演变的差异。中温、低温大曲固态发酵过程理化参数、酶活性、微生物量、微生物群落结构变化趋势基本一致。但存在以下显著性差异(P<0.05):(i)中温大曲固态发酵的大曲温度在发酵第2-10 d比低温大曲温度高3-7℃,而大曲温度在固态发酵第10-14 d比低温大曲温度高5-12℃;(ii)中温大曲固态发酵第2-10 d大曲的pH显著高于低温大曲,而酸度显著低于低温大曲;(iii)中温大曲固态发酵第14 d大曲蛋白酶活性和氨态氮含量均显著高于低温大曲;(iv)中温大曲固态发酵第5-24 d大曲糖化酶活性显著高于低温大曲;(v)中温大曲固态发酵第2-10 d大曲细菌、乳酸菌、芽孢杆菌(Bacillus)、真菌的拷贝数显著高于低温大曲。中温大曲固态发酵过程中,肠杆菌目(Enterobacteriales)相对丰度明显高于低温,而乳杆菌目(Lactobacillales)和散囊菌目(Eurotiales)相对丰度明显低于低温大曲。中温、低温大曲固态发酵细菌群落结构和多样性存在显著性差异(P<0.05),中温大曲固态发酵过程中细菌多样性显著低于低温大曲,而真菌群落结构和多样性差异不显著。在大曲固态发酵的降温期,大曲温度持续维持在相对较高水平可能会进一步降低散囊菌目(Eurotiales)的相对丰度。大曲水分、酸度主要影响固态发酵前期大曲微生物群落结构,主要与立克次氏体目(Rickettsiales),肠杆菌目(Enterobacteriales),蓝细菌目(Cyanobacteria),黄色单胞菌目(Xanthomonadales),乳杆菌目(Lactobacillales)等呈现正相关。而大曲温度、pH主要影响固态发酵中、后期大曲微生物群落结构,主要与芽孢杆菌目(Bacillales),酵母菌目(Saccharomycetales),毛霉菌目(Mucorales)和散囊菌目(Eurotiales)等呈正相关。在以上环境因子胁迫下,大曲固态发酵过程微生物动态演变本质上是微生物群落向具有耐热、抗低水分等特性的微生物群落演变的过程。该论文的开展对明确食醋酿造过程中微生物生态功能及其酿造机理,对酿造工艺技术升级和提高食醋的品质和安全性具有重要意义。