酸马奶源优势菌群与特征风味的探讨及代谢组学研究

作     者：孙哲航 

作者单位：浙江工商大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟岳成

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：酸马奶 优势菌群 特征风味 互生关系 代谢组学 

摘      要：传统酸马奶是以鲜马奶为原料,经乳酸菌和酵母菌等微生物共同自然发酵形成的酸性低酒精含量乳制品,具有悠久的历史和极高的益生保健作用。然而因酸马奶发酵菌群的复杂多样性及感官风味的特殊性,该臻稀乳品并未得到有效利用。目前对于传统酸马奶的科学研究仍处于基础阶段,其复杂的混菌发酵机理及与特征风味的深层关系解析尚缺乏系统性的研究。本文选用筛选自不同地区的七个优良传统酸马奶样品为研究对象,对样品体系中微生物菌群和挥发性风味物质组成进行了归纳分析,初步定义传统酸马奶中优势菌群及特征风味;进而研究了优势菌群在发酵体系中的共生拮抗关系及建立其与特征风味的相关性模型;最终通过代谢组学技术深度解析菌群发酵机理。本研究旨在为传统酸马奶中核心微生物的甄选及菌群调控发酵风味的研究提供一定的理论基础和可能性。具体研究结果如下:1.基于传统分离培养技术结合高通量测序技术(HTS)全面分析七个酸马奶样品中菌相构成,研究显示具有地区差异性的酸马奶样品在优势微生物组成上存在共通性,最终判定:瑞士乳杆菌(Lactobacillus helveticus),干酪乳杆菌(Lactobacillus casei),植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum),副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)为优势乳酸菌;单孢酿酒酵母(Kazachstania unispora),马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)为优势酵母菌。2.通过顶空固相微萃取技术结合气相色谱与质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术分析了不同地区七个酸马奶奶样及其传统发酵过程中的挥发性风味物质,两个层次的研究共同体现了传统酸马奶在优势风味物质上的相似性,经初步定义传统酸马奶特征风味:正辛酸,辛酸乙酯为重要特征风味;正癸酸,乙醇,乙酸为中等特征风味;异戊醇,乙酸乙酯,正己酸,癸酸乙酯,9-癸烯酸乙酯,9-癸烯酸,月桂酸为次要特征风味。3.对传统酸马奶中优势乳酸菌及酵母菌的单培养及共培养发酵结果显示:混菌发酵体系中酵母菌均促进了发酵前中期乳酸菌菌量的快速增加,导致酸马奶产酸速率的提高。反之,乳酸菌的加入促进了非乳糖利用型单孢酿酒酵母的生长,而抑制了乳糖利用型马克斯克鲁维酵母的生长。Lotka-Volterra种间竞争模型拟合相互作用参数验证了上述结论。4.基于PLSR相关性模型结合14组单培养及共培养发酵酸马奶挥发性风味物质分析显示:乳酸菌仅与酸类物质展现出关联性;单孢酿酒酵母对四种乳酸菌具有促进酸类物质生成的作用,其与辛酸,己酸和9-癸烯酸均显示出了极高的相关性;相反马克斯克鲁维酵母与四种乳酸菌在混菌发酵体系中从风味物质生成的角度看存在着明显的拮抗关系,酸马奶中大部分酯类醇类特征风味均与马克斯鲁维酵母关系紧密。5.利用代谢组学的方法研究干酪乳杆菌与单孢酿酒酵母不同发酵时期和不同发酵形式(单菌/混菌发酵)下非靶向性代谢产物。差异代谢物的分析结果显示脂肪酸代谢差异物解释了混菌发酵体系在前中期产酸能力优异的内在原因;氨基酸类代谢产物可能是促进乳酸菌生长的重要因子,同时脯氨酸,苯丙氨酸,甲硫氨酸,酪氨酸和精氨酸的大量合成为酸马奶的益生作用提供理论支持。