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制麦过程中微生物群落分析及其对麦芽质量的影响

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制麦过程中微生物群落分析及其对麦芽质量的影响

作者：张雷渊贵州大学

学位级别：硕士

啤酒是人类已知的最古老的饮料之一,是一种“以麦芽为主要原料,添加啤酒花,用纯种酵母进行发酵而生产的一种低酒精饮料。目前,我国已成为世界上啤酒生产与消费的超级大国。随着生活品质的提高,人们对中高档啤酒的需求越来越大,麦芽品质... 详细信息

啤酒是人类已知的最古老的饮料之一,是一种“以麦芽为主要原料,添加啤酒花,用纯种酵母进行发酵而生产的一种低酒精饮料。目前,我国已成为世界上啤酒生产与消费的超级大国。随着生活品质的提高,人们对中高档啤酒的需求越来越大,麦芽品质日益受到关注与重视。麦芽制造是指在人工控制的条件下,啤用大麦经浸泡、发芽和干燥等制麦工艺制成麦芽的过程,是一个复杂的生物过程。其中除了大麦自身发芽促进酶系的合成和籽粒结构的降解以外,还包括了丰富的微生物菌群的生长繁殖。在制麦过程中,这些微生物之间的相互作用及其发生的一系列复杂的代谢和生化反应,使得微生物群落在制麦过程中与谷物代谢相互作用,最终影响着麦芽产品的质量。但对于微生物菌群在制麦过程中的具体演替情况和功能机制尚不清楚。另外,由于相对开放的制麦环境和并非无菌的大麦原料,制麦过程中存在受一些不利微生物污染的风险,进而导致相同生产工艺下依然会出现不同批次之间麦芽质量不稳定的情况。为了抑制有害菌和改善麦芽特性,部分特性良好的微生物菌种已成功应用于麦芽生产中。然而,目前合适的制麦微生物资源仍然极为缺乏。针对上述问题,本论文利用高通量测序技术结合传统分离培养法,科学深入地解析制麦过程中复杂的微生物群落,揭示微生物种类组成和多样性,更好地理解微生物群落演替的潜在机制,将有助于制麦微生态的管理与优化,以保证麦芽产品质量。此外,挖掘更多制麦过程中的功能性微生物资源和探究不同微生物的潜在危害性,并在实际生产中加以控制,是提高麦芽产品质量稳定性及安全性的有效途径之一。本论文主要研究内容和结果如下:(1)基于高通量测序对制麦过程中微生物群落结构与多样性分析以不同制麦阶段的样品中微生物群落为研究对象,基于Miseq二代测序数据,分析其群落多样性、组成结构及动态演替,此外采用多元统计分析揭示微生物群落之间的潜在相关关系及其功能机制。制麦样品中共检出2个真菌门的57个真菌属和4个优势细菌门的65个细菌属,明确了unclassified＿o＿Saccharomycetales、线黑粉酵母属(Filobasidium)、链格孢属(Alternaria)、假丝酵母属(Candida)等13个属为制麦过程中的优势真菌属;不动杆菌属(Acinetobacter)、泛菌属(Pantoea)、乳球菌(Lactococcus)、魏斯氏属(Weissella)等15个属为制麦过程中的优势细菌属。多样性分析发现,制麦过程中微生物多样性及丰富度在浸麦阶段急剧变化,之后逐渐趋于稳定状。由群落结构组成分析结果可以看出,制麦过程中各样本的优势微生物群落结构组成差异不大,但样本中不同菌属相对丰度随着制麦程序的进行而变化,这可能和微生物与制麦过程中环境条件的相互作用有关。此外,也与各个微生物之间的相互作用有关。通过相关性网络分析,共获得44个节点和133对显著相关关系。其中12个节点的连接度≥10,并将其归为共现微生物群。包括了8个细菌属和4个真菌属。在一定程度上揭示了各种复杂微生物之间的相关关系与其他非生物因素共同参与驱动制麦过程中微生态的演替变化。基于扩增子测序结果,对制麦过程中细菌群落进行表型功能预测,结果发现,制麦过程中兼性厌氧细菌相对丰度大于好氧细菌,革兰氏阴性菌相对丰度大于革兰氏阳性菌。且革兰氏阴性菌、生物膜形成、潜在致病菌和胁迫耐受四种表型细菌在制麦过程中相对丰度变化趋势一致,这些细菌可能对麦芽质量特性以及安全性造成影响。真菌功能预测表明,大麦籽粒中,真菌功能营养型主要是以动物病原体-内生菌-植物病原体-木质腐生菌为主。但在浸麦后的制麦过程中,主要是腐生营养型为优势功能型。这类腐生菌群能通过辅助降解大麦细胞壁以获取营养物质。(2)制麦过程中可培养微生物的分离鉴定通过传统的平板分离方法,利用形态学观察结合微生物DNA序列分析,对制麦过程中各类可培养微生物进行分离纯化和鉴定。在不同制麦阶段采集的样品中共分离到108株真菌,初步鉴定为2门6纲11个目的24个真菌种。共分离得到103株可培养细菌,初步鉴定为3个门3个纲7个目11个科的19个细菌种。利用MRS培养基平板分离纯化得到革兰氏染色阳性,触酶试验阴性的乳酸菌共37株,初步鉴定为2个科4个属的7个种。结果表明,在整个制麦生态系统中存在着丰富的微生物资源,这些微生物在制麦生态系统中扮演着各种重要的角色,对麦芽产品的质量有着不同程度的影响。(3)制麦生态系统来源真菌其胞外酶活性的初步研究利用平板筛选法对探究制麦过程中可培养真菌的蛋白酶、淀粉酶、木聚糖酶和纤维素酶四种水解酶活性进行筛选。共筛选到16种产酶菌株,6种真菌产蛋白酶,6种产淀粉酶,7种产木聚糖酶和12种产纤维素酶的真菌菌株。结果表明,真菌群落是麦芽水解酶系的潜在生产者。如Cladosporium halotolerans蛋白酶和纤维素酶活性较强,Alternaria sorghi显示出较高的木聚糖酶活性,Rhodotorula mucilag

关键词：制麦微生物群落结构高通量测序可培养微生物麦芽质量

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制麦工艺对麦芽阿魏酸含量的影响

饲料研究 2020年第5期43卷 55-57页

作者：张微微董艺凝柴新义孙星何君君滁州学院生物与食品工程学院安徽滁州239000

试验旨在研究制麦工艺对麦芽阿魏酸的影响。以豫麦为研究对象,以游离态和总阿魏酸含量为指标,通过单因素和正交试验,研究浸麦时间(12~48 h)、浸麦温度(16~22℃)、发芽温度(15~21℃)对麦芽阿魏酸含量的影响。结果表明,随着浸麦时间的延长... 详细信息

试验旨在研究制麦工艺对麦芽阿魏酸的影响。以豫麦为研究对象,以游离态和总阿魏酸含量为指标,通过单因素和正交试验,研究浸麦时间(12~48 h)、浸麦温度(16~22℃)、发芽温度(15~21℃)对麦芽阿魏酸含量的影响。结果表明,随着浸麦时间的延长,浸麦温度和发芽温度的升高,游离态和总阿魏酸含量都呈现先升高后降低的趋势。通过优化试验得出最优制麦工艺为浸麦温度18℃、浸麦24 h、发芽温度17℃,在此条件下游离态阿魏酸含量提高了47%,总阿魏酸含量提高了57%。研究结果为阿魏酸资源的开发和小麦饲用价值提供参考。

关键词：制麦麦芽阿魏酸正交试验

大麦中抑制镰刀霉菌的乳酸菌筛选及其在制麦中的应用

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大连工业大学学报 2024年第2期43卷 96-101页

作者：王羽孙笑天富洋俞志敏杨帆佟晔大连工业大学生物工程学院辽宁大连116034 大连市现代农业生产发展服务中心辽宁大连116081

大麦表面存在多种微生物,其中镰刀霉菌及其分泌的真菌毒素会对制麦过程及麦芽品质产生影响。为了消除镰刀霉菌带来的不利影响,利用MRS选择性培养基从大麦表面分离筛选出一株对镰刀霉菌有明显抑制作用的菌株。根据菌株的形态学观察、生... 详细信息

大麦表面存在多种微生物,其中镰刀霉菌及其分泌的真菌毒素会对制麦过程及麦芽品质产生影响。为了消除镰刀霉菌带来的不利影响,利用MRS选择性培养基从大麦表面分离筛选出一株对镰刀霉菌有明显抑制作用的菌株。根据菌株的形态学观察、生理生化试验以及16S rDNA基因序列分析鉴定,确定该菌株为植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum),命名为BY66。在制麦过程中,添加0.5 mL/kg的BY66发酵液能使禾谷镰刀霉的生物量和呕吐毒素含量分别降低56.2%和79.1%。BY66发酵液能消除禾谷镰刀霉菌在大麦发芽和麦芽质量方面产生的负面影响,与侵染大麦相比,添加0.5 mL/kg BY66发酵液后的大麦发芽率提高了31%。

关键词：制麦植物乳杆菌禾谷镰刀霉菌真菌毒素

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江苏啤酒大麦制麦过程中细菌群落结构分析

食品与发酵工业 2013年第8期39卷 89-95页

作者：王璐梁小刚陆健无锡中粮工程科技有限公司江苏无锡214035 江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室江苏无锡214122 江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122

为了掌握江苏啤酒大麦制麦过程中细菌的群落结构,利用传统培养结合PCR-DGGE的方法对江苏单二大麦制麦过程中的细菌群落进行了分析。结果表明,细菌数量在浸麦、发芽阶段呈不断上升趋势,发芽结束时达到峰值,随着排潮、焙焦的进行,细菌数... 详细信息

为了掌握江苏啤酒大麦制麦过程中细菌的群落结构,利用传统培养结合PCR-DGGE的方法对江苏单二大麦制麦过程中的细菌群落进行了分析。结果表明,细菌数量在浸麦、发芽阶段呈不断上升趋势,发芽结束时达到峰值,随着排潮、焙焦的进行,细菌数量有所下降,但与原始大麦相比仍有增加。制麦过程中检测到11个属的细菌,主要有Acinetobacter,Enterobacter,Erwinia,Flavobacterium,Kluyvera,Lactobacillus,Lactococcus,Leuconostoc,Pantoea,Streptococcus,以及Wautersiella。

关键词：江苏单二啤酒大麦细菌群落制麦

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制麦与酿造工艺对麦芽及啤酒抗氧化性的影响

制麦与酿造工艺对麦芽及啤酒抗氧化性的影响

作者：赵雅扬州大学

学位级别：硕士

对港啤1号大麦以单因素试验为基础采用三因素三水平的响应面设计研究了浸麦度、发芽时间及焙焦温度对麦芽抗氧化性的影响。二次多项数学模型预测结果表明,大麦在浸麦度44.4%、发芽时间112.2h、焙焦温度82℃时麦芽还原力达到极大值,为2.5... 详细信息

对港啤1号大麦以单因素试验为基础采用三因素三水平的响应面设计研究了浸麦度、发芽时间及焙焦温度对麦芽抗氧化性的影响。二次多项数学模型预测结果表明,大麦在浸麦度44.4%、发芽时间112.2h、焙焦温度82℃时麦芽还原力达到极大值,为2.558mmol Vc/L.验证试验还原力2.566±0.022mmol Vc/L,与预测值一致。制麦中添加不同浓度的赤霉素和氢氧化钠对麦芽抗氧化性结果显示：0.2g/L氢氧化钠处理组麦芽TBA值为0.182,总多酚为94.3mg/mL,还原力为2.568mmolVc/L, DPPH清除率为70.68%,麦芽的抗氧化性较好;0.2mg/kg赤霉素处理组麦芽TBA值为0.179,总多酚为94.9mg/mL,还原力为2.638mmolVc/L, DPPH清除率为72.56%,麦芽抗氧化性较好,麦芽TBA值与麦芽蛋白质、总氮存在极显著的正相关性,与无水浸出物、糖化力极显著负相关。麦芽还原力与无水浸出物、库值、糖化力极显著正相关,与蛋白质、总氮极显著负相关。制麦添加不同浓度金属离子研究结果显示：对麦芽的抗氧化性,K+、Mg2+、Zn2+、 Ca2+各浓度处理组基本是促进作用;对麦芽PPO活性,Mg2+、Cu2+各浓度处理组及20mg/kgZn2+处理组存在一定的促进作用,而Ca2+各浓度处理组、Zn2+40mg/kg及以上浓度处理组有一定抑制作用,其中100mg/kg Zn2+处理组降低了68.6%;对麦芽SOD活性,Mg2+、Ca2+各浓度处理组有一定的促进作用,而Cu2+80mg/kg及以下浓度处理组具有抑制作用;对麦芽POD活性,K+、Mg2+、Zn2+、Cu2+各浓度有不同程度的促进作用,40mg/kg Ca2+及以下浓度处理组有一定的抑制作用;对麦芽CAT活性,K+、Mg2+、Zn2+、Ca2+各浓度处理组及Cu2+80mg/kg及以下浓度处理组存在促进作用,其中40mg/kg K+处理组提高了95.7%,100mg/kg Cu2+处理组有抑制作用。以还原力为指标,采用Plackett-Burman试验设计筛选糖化初始pH、糖化温度、糖化时间、蛋白质休止温度、蛋白质休止时间、料水比6个糖化工艺参数,进一步采用Box-Behnken优化3个主要参数,预测结果为蛋白质休止温度为52℃、糖化初始pH为5.4、糖化温度66℃时麦汁还原力达到极大值为2.362mmol Vc/L,验证试验还原力为2.388±0.019mmol Vc/L,与预测值一致。从不同的酵母菌种、酵母接种量、麦汁浓度、主酵温度及ZnSO4·7H2O添加量五个不同参数出发,通过测定其TBA值得出最适宜发酵参数从而最大程度的提高啤酒抗氧化性,降低老化。结果表明：在发酵过程中TBA值先升后降,同其他试验条件相比,麦汁浓度为9°P、接种量为2×107个·mL-1、主酵温度为9℃、Zn2+添加量为0.75mg/L时对控制TBA值效果最佳。此时啤酒老化程度也最低,有利于延长啤酒保鲜期,提高啤酒风味稳定性。

关键词：麦芽啤酒制麦糖化发酵抗氧化性

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制麦白地霉的筛选及其初步应用

食品与生物技术学报 2011年第2期30卷 295-301页

作者：乔洪升蔡国林孙军勇陆健江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122 江南大学生物工程学院江苏无锡214122

对40株白地霉产β-葡聚糖酶、木聚糖酶、中性蛋白酶和纤维素酶的酶活情况进行研究,以加权评分对这些酶活进行分析评价,从中选出4株白地霉菌株(3号、12号、18号和39号)作为制麦用微生物。通过大麦制麦试验证明:这4株白地霉均对麦芽的溶... 详细信息

对40株白地霉产β-葡聚糖酶、木聚糖酶、中性蛋白酶和纤维素酶的酶活情况进行研究,以加权评分对这些酶活进行分析评价,从中选出4株白地霉菌株(3号、12号、18号和39号)作为制麦用微生物。通过大麦制麦试验证明:这4株白地霉均对麦芽的溶解具有促进作用,其中12号白地霉的效果最好。与空白对照相比,制得的白地霉麦芽中,β-葡聚糖质量分数降低了17.8%,60min的滤液体积提高了35.4%,糖化力增加了10.3%,α-氨基氮质量分数增加了7.3%,其他理化指标也均符合QB1686-2008。将12号白地霉麦芽与对照麦芽分别进行了啤酒酿造实验,结果表明:白地霉麦芽的酿造性能优于空白对照麦芽,两种麦芽所酿啤酒的理化指标均符合GB 4927-2008。

关键词：白地霉制麦麦芽溶解啤酒

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制麦过程中微生物菌群的变化

食品与生物技术学报 2011年第5期30卷 745-749页

作者：苏红旭王璐徐凯邱然赵长新江国金大连工业大学生物工程学院辽宁大连116034 国家粮食储备局无锡科学研究设计院江苏无锡214035 中粮麦芽(大连)有限公司辽宁大连116200

通过培养计数法研究制麦过程中微生物菌群的数量变化。结果表明:大麦表面及内部微生物数量和大麦品种有关,制麦过程中的微生物主要来自大麦表面;浸麦激活污染微生物生长,发芽后期其数量达到最大值,干燥后污染微生物急剧下降;两次浸麦阶... 详细信息

通过培养计数法研究制麦过程中微生物菌群的数量变化。结果表明:大麦表面及内部微生物数量和大麦品种有关,制麦过程中的微生物主要来自大麦表面;浸麦激活污染微生物生长,发芽后期其数量达到最大值,干燥后污染微生物急剧下降;两次浸麦阶段有不同微生物菌群分布;分离及鉴定10种制麦过程中主要真菌;适当的物理和化学方法可以减少微生物数量,而又不影响发芽率。

关键词：大麦制麦微生物菌群真菌

工业制麦过程挥发性醛类的鉴定与变化规律分析

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食品工业科技 2014年第8期35卷 122-125,130页

作者：董亮李峰付月徐凯苏宏旭赵长新史仲平江南大学生物工程学院江苏无锡214122 大连工业大学生物工程学院辽宁大连116034 抚顺师范高等专科学校生化系辽宁抚顺113000 沈阳化工学校应用化学系辽宁沈阳110122 中粮砉芽大连有限公司研发中心.辽宁大连116000

利用固相微萃取与气质联用技术分析鉴定了酿造大麦工业制麦过程中挥发性醛类物质的组成。共分析鉴定出15种挥发性醛类物质,绝大部分醛类都存在于整个制麦过程。通过对醛类挥发物的定量分析发现,热干燥和焙焦过程对醛类含量影响较大,主... 详细信息

利用固相微萃取与气质联用技术分析鉴定了酿造大麦工业制麦过程中挥发性醛类物质的组成。共分析鉴定出15种挥发性醛类物质,绝大部分醛类都存在于整个制麦过程。通过对醛类挥发物的定量分析发现,热干燥和焙焦过程对醛类含量影响较大,主要表现为使其含量减少,正己醛、壬醛、反-2-辛烯醛含量在整个制麦过程呈现出先增加后减少的趋势;乙醛、异丁醛、正辛醛的含量在整个制麦过程呈现出波动下降的趋势;2-甲基丁醛的含量在制麦开始时基本保持不变,制麦后期其含量快速增加后又迅速降低;异戊醛的含量基本上保持不变。

关键词：制麦麦芽挥发性物质醛类

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大麦中乳酸菌的分离及对制麦霉菌的抑制作用

大麦中乳酸菌的分离及对制麦霉菌的抑制作用

作者：金杏大连工业大学

学位级别：硕士

大麦作为啤酒酿造的主要原料,大麦的品质决定了麦芽质量,进而直接影响啤酒的品质,在现有的制麦工艺体系下,麦芽质量受多种因素的影响,其中大麦表面微生物是重要的影响因素之一。在制麦过程中,霉菌作为主要污染源之一,对麦芽质量影响较大... 详细信息

大麦作为啤酒酿造的主要原料,大麦的品质决定了麦芽质量,进而直接影响啤酒的品质,在现有的制麦工艺体系下,麦芽质量受多种因素的影响,其中大麦表面微生物是重要的影响因素之一。在制麦过程中,霉菌作为主要污染源之一,对麦芽质量影响较大,而乳酸菌（Lacticacid bacteria LAB）作为广泛应用的益生菌,对细菌和真菌具有广谱的抑菌活性。本文首先在大麦表面成功筛选出一株对霉菌具有显著抑制作用的菌株BY66,经菌种鉴定确为植物乳酸杆菌（Lactobscillus planetarium）。理化性质研究表明,BY66具有优良的耐酸耐盐特性,且对镰刀霉菌（Fuaarium）,黄曲霉菌（Aspergillus flavus）,黑曲霉菌（Aspergillus niger）均表现出显著的抑制作用。BY66不同添加量对大麦发芽,麦芽质量,大麦酶系酶活力都有一定影响,结果表明,添加浓度为105个/g绝干大麦的BY66能够显著改善麦芽质量,麦汁浊度明显降低并且发芽率,浸出率,库值和α氨基氮水平得到显著提高。同时,添加该浓度BY66菌株显著提高了大麦淀粉酶,蛋白酶,多酚氧化酶,过氧化氢酶,植酸酶,木聚糖酶和纤维素酶的酶活力,对麦芽质量的提高具有积极作用。在此基础上,进一步探究了在不同制麦阶段添加浓度为105个/g绝干大麦的BY66菌株对麦芽各项指标及酶活力的影响,结果表明,在首次浸麦或者二次浸麦阶段添加BY66,对酶活和麦芽指标的增加效果最佳。因此,本研究筛选出的BY66菌株,在改善麦芽质量方面表现出优良的性状,在微生物制麦工艺中具有潜在的应用价值。

关键词：乳酸菌霉菌抑菌活性制麦酶活力