保宁醋“中药醋曲”发酵过程中微生物菌群与理化性质动态解析

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保宁醋是中国四大名醋之一,其酿造过程中所使用的“中药醋曲”采用生料发酵,并于开放性的环境中自然通风进行生产,整个发酵过程易受外界环境波动影响且菌系、物系、酶系相对复杂多变。本文以冬、夏两季保宁醋“中药醋曲”不同醅层发酵过程中的醋曲样品以及四个季节的成品曲样品为研究对象,采用高通量测序技术和传统微生物培养方法结合常规理化指标分析,阐明微生物菌群及理化性质在发酵过程中的动态变化,以及不同季节和不同醅层间的差异性,结合RDA(CCA)以及Spearman相关性分析方法解析菌群与理化性质的相关性,探讨发酵过程菌群动态变化及不同季节、不同醅层存在差异的原因,为保宁醋中药醋曲品质改良及生产标准的制定提供基础数据。主要结果如下:1.微生物平板计数结果表明,冬、夏两季中药醋曲曲表和曲心样品发酵过程中菌落总数和芽孢杆菌数的变化均大致呈先升后降、之后又回升的趋势,霉菌及酵母菌总数的变化呈先升后降的趋势,且曲表的微生物数量峰值均大于曲心,不同季节、不同醅层样品计数结果均存在差异。传统微生物培养方法对冬季样品细菌菌群分析的结果表明,冬季中药醋曲发酵过程中的可培养细菌主要包括葡萄球菌属(^Staphylococcus)、芽孢杆菌属(Bacillus)和沙雷氏菌属(Serratia)。高通量测序分析表明,从属水平上看,冬、夏两季中药醋曲整个发酵过程中的优势细菌均主要为:葡萄球菌(Staphylococcus)、泛菌属(Pantoea)、链霉菌属(Streptomyces)、糖多孢菌属(Saccharopolyspora)、克罗彭斯特菌属(Kroppenstdtia)和芽孢杆菌属(Bacillus);优势真菌均主要为根毛霉属(Rhizomucor)、曲霉菌属(Aspergillus)、Hyphopichia 属、镰刀菌属(Fusarium)、热子囊菌属(Thermoascus)和嗜热真菌属(Thermomyces)。整个发酵过程微生物菌群呈动态变化,且不同季节、不同醅层的优势微生物均主要在相对丰度上存在差异。2.冬、夏两季中药醋曲的常规理化性质分析表明,保宁醋中药醋曲为中温型大曲;在整个发酵过程中醋曲水分含量总体呈下降趋势;发酵中、后期在pH=7附近波动变化;整个发酵过程中其淀粉含量均在70 g/100g左右波动;两个季节醋曲的还原糖含量在发酵过程中总体呈下降趋势;对于醋曲糖化力,曲表糖化力呈先升后降的趋势,冬季和夏季的醋曲曲表样品均于第7 d达到峰值,分别为1245 mg/g.h和1161 mg/g.h,曲心糖化力整体呈逐渐降低的趋势,冬、夏两季醋曲曲心样品在发酵结束时糖化力分别降为107.11 mg/g.h和48.57 mg/g.h;在整个发酵过程中其液化力整体呈上升趋势;酯化力在最开始处于一个极低的水平,其在急剧上升后呈波动变化。不同季节、不同醅层醋曲样品的理化性质均存在一定程度的差异。3.从属水平上看,不同季节中药醋曲成品曲的共有优势细菌为:链霉菌属(Streptomyces)、泛菌属(Pantoea)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、火山渣芽胞杆菌属(Scopulibacillus)、糖多孢菌属(Saccharopolyspora)和克罗彭斯特菌属(Kroppenstedtia);共有优势真菌为曲霉菌属(Aspergillus)、嗜热真菌属(Thermomyces)、根毛霉属(Rhizomucor)和Hyphopichia属,与发酵过程优势菌群基本保持一致。相较于其他食醋大曲,Scopuliabcilus、Kroppenstedita、Kosakonia、Thermomyces和Hyphopichia可作为保宁醋中药醋曲独特的生物标记物,以区别于其他食醋大曲。四个季节成品醋曲的常规理化性质均存在显著性差异。pH值均在7左右;样品水分含量夏季最低,但均稍高于行业标准;夏季淀粉残量最高;还原糖含量在春季最高;春季的糖化力和液化力水平最高;冬季酯化力水平最高。4.相关性分析表明,pH值、水分含量和温度是造成中药醋曲发酵过程中菌群动态变化以及在不同季节和醅层间存在差异的原因,符合大曲固态发酵过程中微生物动态变化的实质是微生物向具有耐热、抗低水分等方向演替的特性,这些环境因子的变化及差异造成菌群的变化及差异,从而可能对样品酶活性和其他理化指标产生影响。5.传统微生物培养方法结合高通量测序技术对冬季样品细菌菌群进行探究的对比可知,传统微生物培养方法和高通量测序技术均监测到的细菌有Staphylococcus、Bacillus和Serratia,但是一些样品中存在的优势菌,仅通过高通量测序技术监测到,且在每个发酵阶段监测到的优势菌均存在差异。采用两种方法相结合的手段能更全面地反映醋曲菌群的真实情况,并有利于建立中药醋曲菌种库。
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