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作者：郑鹏飞江南大学

学位级别：硕士

郫县豆瓣是我国传统特色发酵食品,被誉为“川菜之魂”,受众达数亿人。然而,传统的郫县豆瓣发酵采取暴露于环境中的开放式发酵,受季节、人工操作等因素影响较大,存在明显的批次差异,已难以满足消费者对食品安全、绿色、健康等日益升级的... 详细信息

郫县豆瓣是我国传统特色发酵食品,被誉为“川菜之魂”,受众达数亿人。然而,传统的郫县豆瓣发酵采取暴露于环境中的开放式发酵,受季节、人工操作等因素影响较大,存在明显的批次差异,已难以满足消费者对食品安全、绿色、健康等日益升级的消费需求。除郫县豆瓣外,我国其他传统发酵食品也大多面临同样的问题。参考国际先进案例,采用密闭式发酵罐进行发酵食品的生产可以有效解决批次稳定性的问题,但由于密闭后发酵微生物组成与结构等因素的变化,产品往往存在风味质量下降的问题。因此,本研究以上述问题为出发点,旨在提出一种自下而上的合成微生物组理性构建策略,并基于该策略设计一种与原位功能相似的混合微生物菌剂,作为郫县豆瓣蚕豆醅发酵剂,以供初步的应用和进一步研究。本文主要研究内容及结果如下:（1）为解决郫县豆瓣蚕豆醅核心发酵微生物不清晰的问题,本研究选择在微生物菌群中可能具有重要作用的非致病优势微生物作为潜在的郫县豆瓣蚕豆醅核心微生物。首先以相对丰度大于1%,样本覆盖度大于50%和关联网络节点的特征向量中心性大小三个参数确定郫县豆瓣发酵过程中的重要优势微生物属。然后,在这些微生物属内选择相对丰度最高的OTU对应的物种,且在工业上已广泛使用的菌种或GRAS一般安全菌株,最终认定这些微生物作为核心微生物。结果显示,易变假丝酵母（Candida versatilis）、鲁氏接合酵母（Zygosaccharomyces rouxii）、肉葡萄球菌（Staphylococcus carnosus）、乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）、戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）、融合魏斯氏菌（Weissalla confusa）、嗜盐四联球菌（Tetragenococcus halophilus）、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）被认定为核心微生物,作为下一步合成微生物组构建的成员微生物。（2）为解决郫县豆瓣微生物风味代谢能力不清晰的问题,本研究设计了一种模拟原位体系的全合成培养基,并基于此解析微生物的风味化合物产生谱。模拟郫县豆瓣原位发酵体系糖类物质与氨基酸含量,本研究设计了一种包含4种单糖、17种氨基酸、8种维生素和多种无机盐的全合成培养基。该全合成培养基主体发酵底物种类及浓度与原位发酵体系一致,且可以满足所有产香功能微生物的生长需求。发酵实验结果显示,使用全合成培养基进行研究具有发酵时间短、批次重复性良好的优势。因此,本研究基于该全合成培养基解析了核心微生物的风味产生谱,并发现上述微生物根据风味产生能力可分为三类,即酵母菌类、乳酸菌类和其他类,不同类之间存在“风味互补”。（3）为构建可用于郫县豆瓣密闭发酵的混合菌剂,本研究提出了一种自下而上的合成微生物组理性构建策略。该理性构建策略以目标微生物的选择和全合成培养基为前提,综合考虑微生物的单菌产香功能、微生物相互作用关系和不同接种顺序的产香差异,从而构建组合菌剂。本研究基于该策略设计了一种由乳酸片球菌、肉葡萄球菌及易变假丝酵母组成的三菌组合菌剂。与企业原位发酵样品相比,三菌组合菌剂产生的挥发性化合物数量和种类结构较为相似。与原位样品相比,组合菌剂样品氨基酸态氮浓度具有21.8%的提升。该组合菌剂及其构建策略在合成微生物组构建与发酵食品工艺改造方面具有较大的科学与应用价值。

关键词：合成微生物组发酵剂郫县豆瓣蚕豆醅风味化合物

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一种自下而上的合成微生物组理性构建策略,用于郫县豆瓣发酵剂设计

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微生物学报 2022年第10期62卷 3913-3931页

作者：郑鹏飞张丽杰王栋徐岩江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室酿造微生物学与应用酶学研究室江苏无锡214122

【目的】提出一种合成微生物组的理性构建策略,用于构建郫县豆瓣蚕豆醅初始发酵的微生物组合菌剂。【方法】采取自下而上的合成微生物组理性构建策略,以相对丰度、频率和特征向量中心度作为核心微生物属的选择指标,分析确定蚕豆醅发酵... 详细信息

【目的】提出一种合成微生物组的理性构建策略,用于构建郫县豆瓣蚕豆醅初始发酵的微生物组合菌剂。【方法】采取自下而上的合成微生物组理性构建策略,以相对丰度、频率和特征向量中心度作为核心微生物属的选择指标,分析确定蚕豆醅发酵核心微生物;设计模拟原位体系的全合成培养基,并利用该培养基快速、稳定地检测核心微生物包括产香性能在内的发酵特征。基于核心微生物的产香互补性能进行双菌组合发酵实验,结合核心微生物之间的生长相互作用,设计三菌组合发酵菌剂并验证其发酵性能。【结果】本研究确定并分离了郫县豆瓣蚕豆醅发酵过程中的9种核心微生物。检测核心微生物产生的挥发性风味化合物,发现酵母菌类、乳酸菌类和其他类微生物之间存在产香互补关系。然后,结合微生物间的生长抑制关系设计了由乳酸片球菌、肉葡萄球菌及异变假丝酵母组成的三菌组合菌剂。与企业原位发酵样品相比,三菌组合菌剂产生的挥发性化合物数量达到原位样品的63.1%,化合物种类结构较为相似。与原位样品相比,组合菌剂样品氨基酸态氮浓度提升了21.8%。【结论】本研究提出了一种自下而上的合成微生物组理性构建策略,基于此策略设计了郫县豆瓣蚕豆醅发酵组合菌剂。使用该组合菌剂作为起始发酵剂发酵的郫县豆瓣蚕豆醅具有良好的风味谱和优异的氨基酸态氮水平。本研究在合成微生物组构建与发酵食品工艺改造方面具有较大的科学与应用价值。

关键词：合成微生物组发酵剂郫县豆瓣蚕豆醅风味化合物

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郫县豆瓣发酵过程的微生物多样性及溯源分析

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微生物学报 2020年第11期60卷 2555-2571页

作者：鲍奕达张丽杰郑鹏飞陈海风黄家全徐岩工业生物技术教育部重点实验室江南大学生物工程学院江苏无锡214122 四川省郫县豆瓣股份有限公司四川成都611700

【目的】解析郫县豆瓣及其酿造半成品-蚕豆醅与辣椒醅微生物多样性和来源,探究郫县豆瓣酿造过程风味化合物特征。【方法】采用高通量测序法测定蚕豆醅、辣椒醅与混合醅(蚕豆醅-辣椒醅混合物,发酵成熟形成郫县豆瓣)在酿造过程中的微生物... 详细信息

【目的】解析郫县豆瓣及其酿造半成品-蚕豆醅与辣椒醅微生物多样性和来源,探究郫县豆瓣酿造过程风味化合物特征。【方法】采用高通量测序法测定蚕豆醅、辣椒醅与混合醅(蚕豆醅-辣椒醅混合物,发酵成熟形成郫县豆瓣)在酿造过程中的微生物群落结构;利用高效气相质谱与高效液相色谱高通量检测蚕豆醅及辣椒醅中基础理化指标及挥发性、非挥发性风味化合物浓度;利用多种生物信息学分析方法对混合醅酿造微生物及风味化合物进行溯源。【结果】微生物方面:44%–59%的混合醅细菌来源于辣椒醅,5%–22%的混合醅细菌来源于蚕豆醅,其他混合醅细菌来源未知。同时,42%–77%的混合醅真菌来源于辣椒醅,2%–18%的混合醅真菌来源于蚕豆醅,其他混合醅真菌来源未知。另外,16个细菌属由辣椒醅特异性贡献;2个细菌属及2个真菌属由蚕豆醅特异性贡献。化合物方面:1-辛烯-3醇(1-octen-3-ol)、苯乙醛(phenylacetaldehyde)、异丁醛(isobutyraldehyde)、苹果酸(malic acid)与糠醛(furfural)仅由蚕豆醅贡献。辣椒素(capsaicin)、3-甲基-1-丁醇(3-methyl-1-butanol)、已醇(hexanol)与异丁醇(isobutanol)仅由辣椒醅贡献。【结论】郫县豆瓣发酵中大部分微生物来源于辣椒醅,大部分发酵底物(氨基酸及葡萄糖)来源于蚕豆醅。两种发酵半成品均特异性贡献微生物及风味化合物,形成郫县豆瓣的独特风味密码。

关键词：郫县豆瓣蚕豆醅辣椒醅微生物多样性溯源分析

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