黑龙江大豆酱中微生物群落与挥发性成分关系的研究

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大豆酱中微生物的群落组成和变化对其发酵品质、风味典型性和食品安全的影响较大。本实验旨在利用顶空固相微萃取法和气相色谱-质谱技术(HS-SPME-GC-MS)和理化测定,分析黑龙江省不同地区的豆酱中挥发性成分和理化指标,通过因子分析构建大豆酱发酵品质评价模型;利用宏基因组测序技术分析不同豆酱及典型酱中微生物群落组成和演替,确定优势微生物。通过偏最小二乘回归分析(PLSR)和因子分析探究大豆酱中主要的菌种与香气成分的关系,揭示两者的关联性和典型菌对香气形成的贡献。为进一步改善大豆酱发酵工艺、提高品质、挖掘其中的微生物资源提供重要的理论依据,主要研究结果如下:1.在黑龙江省不同地区6种大豆酱中共检出127种挥发性成分,总含量为1816.01 ng/g,包括醇类19种,酯类45种,醛酮类23种,酸酚类23种及14种其他类化合物。因子分析显示挥发性成分、氨基酸态氮、还原糖归为风味因子类,盐度和颜色归为理化因子类;综合因子得分和感官评定,确定BS1的发酵品质较好。在6种大豆酱中共检出6个门,37个属的细菌和4个门,39个属的真菌;其中微生物群落组成及优势菌丰度存在明显差异。BS1、DS1、QS1中主要的细菌分别为葡萄球菌属(Staphylococcus 57.43%)、肠杆菌属(Enterobacter 37.01%)、芽孢杆菌属(Bacillus 80.66%);BS2、DS2和QS2中主要细菌分别为色盐杆菌属(Chromohalobacter 56.75%)、乳酸杆菌属(Lactobacillus 29.03%)、葡萄球菌属(53.09%);其中,葡萄球菌属、肠杆菌属为所有样品共有细菌属。BS1和BS2的优势真菌分别是接合酵母属(Zygosaccharomycse 97.38%)和曲霉属(Aspergillus 81.36%),DS1和DS2的为犁头霉属(Absidia 18.29%)和德巴利氏酵母属(Debaryomyces 33.99%),QS1和QS2的是曲霉属(30.66%)和赤霉属(Gibberella 66.47%)。2.在典型酱发酵过程中共检出28个细菌属和15个真菌属;第7 d时,真菌种类最丰富,14 d时,细菌种类最丰富;葡萄球菌属,嗜盐四联球菌属(Tetragenococcus),乳酸杆菌属,魏斯氏菌属(Weissella),肠杆菌属为优势细菌;接合酵母属和曲霉属为优势真菌。葡萄球菌属和接合酵母属序列丰度随着发酵时间增加不断增加,而其余菌属的基因序列数量呈现波浪形更替变化。典型酱发酵过程中共检出包括酯、醇、酸酚、酮醛、其他等5大类45种挥发性成分,第34 d时含量最大,是发酵初期的6倍。因子分析显示:醇类、酯类及其他类化合物对典型酱香气贡献较大,酸酚类和醛酮类贡献较小;第34 d时,香气品质最佳。偏最小二乘回归分析发现典型酱中的微生物群落与挥发性成分相关性较大。优势菌葡萄球菌属与苯乙醇、硬脂酸乙酯、甲基麦芽酚、2,2,3,4-四甲基-3-戊酮呈正相关性;四联球菌属与对甲氧基苯乙醇、(Z,Z)-9,12-十八烷二烯酸乙酯呈现极强的相关性;乳酸杆菌属和魏斯氏菌属与2,3-二氢苯并呋喃具有相关性;明串珠菌属(Leuconostoc)与2-羟基-5-甲基苯乙酮呈现负相关性;肠杆菌属与7种酯和3种其他物质呈现正相关性;芽孢杆菌属与7种酯、1种酸和3种其他物质具有相关性。接合酵母属和曲霉属与4-甲氧基苯甲酸甲酯等6种酯呈现相关性;青霉属与2种醇、酯和酮存在较强的相关性。结合皮尔森相关系数分析,确定芽孢杆菌属、优势菌属葡萄球菌属和接合酵母属的代谢是影响大豆酱挥发性成分的重要菌株。3.从BS1中分离鉴定出三株优势菌,通过形态学、生理学特征及分子生物学鉴定,这三株优势菌株为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、耐盐性表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)和鲁氏酵母菌(Zygosaccharomyces rouxii)。4.三种优势菌分别组合发酵,经主成分分析,确定BM6与第34 d的BS1香气相似,与BM7的香气差异较大;BM6的发酵风味易被人接受,其主观感官评价与电子鼻结果相一致。发酵证明Z.rouxii BSZ.16910主要产醇酯类风味物质,S.epidermidis BSS.17312主要产醛酮类;3株菌株在挥发性成分的合成上存在微妙的互作关系。菌株S.epidermidis B SS.17312和Z.rouxii BSZ.16910对BS1酯和醇的产生贡献较大。
摘要第10-12页
Abstract第12-14页
1 文献综述第15-25页
    1.1 大豆酱微生物多样性研究进展第15-17页
        1.1.1 大豆酱简介第15页
        1.1.2 大豆酱中微生物群落结构第15-17页
        1.1.3 大豆酱中优势菌第17页
    1.2 发酵食品微生物群落结构测定技术第17-19页
        1.2.1 传统分离方法第17页
        1.2.2 变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术第17-18页
        1.2.3 构建基因文库的克隆技术第18页
        1.2.4 末端限制性长度多态性方法(T-RFLP)第18-19页
        1.2.5 宏基因组测序技术(Metagenomics)第19页
    1.3 大豆酱中风味物质研究进展第19-21页
        1.3.1 大豆酱中挥发性成分的组成第19-20页
        1.3.2 大豆酱中微生物与挥发性成分的研究进展第20-21页
    1.4 大豆酱中风味物质测定技术第21-22页
        1.4.1 顶空固相微萃取结合气相色谱质谱技术(HS-SPME-GC-MS)第21页
        1.4.2 电子鼻技术第21页
        1.4.3 电子舌技术第21-22页
    1.5 展望第22-23页
    1.6 课题研究的目的和内容第23-24页
        1.6.1 课题研究的背景及意义第23页
        1.6.2 课题研究的内容第23-24页
    1.7 技术路线第24-25页
2 材料与方法第25-41页
    2.1 实验材料第25-28页
        2.1.1 大豆酱样品第25页
        2.1.2 仪器与设备第25-26页
        2.1.3 主要试剂与溶液第26-28页
    2.2 实验方法第28-41页
        2.2.1 六种大豆酱基本理化性质及微生物多样性的测定第28-33页
        2.2.2 典型大豆酱发酵过程中挥发性成分与微生物群落相关性的测定第33页
        2.2.3 典型大豆酱优势菌的分离鉴定第33-35页
        2.2.4 优势菌对成品酱挥发性成分的贡献作用分析第35-41页
3 结果与分析第41-103页
    3.1 六种大豆酱基本理化性质及微生物多样性的测定第41-61页
        3.1.1 六种大豆酱基本理化性质第41-54页
        3.1.2 六种大豆酱微生物多样性第54-61页
        3.1.3 本章小结第61页
    3.2 典型大豆酱发酵过程中微生物群落演替及对其挥发性成分形成的影响第61-80页
        3.2.1 大豆酱发酵过程中微生物群落的演替第61-68页
        3.2.2 大豆酱发酵过程中香气成分形成机理初探第68-75页
        3.2.3 典型大豆酱微生物群落演替对挥发性成分形成的影响第75-80页
        3.2.4 本章小结第80页
    3.3 优势菌株的鉴定第80-88页
        3.3.1 优势菌的分离与鉴定第80-82页
        3.3.2 优势菌的生理生化分析结果第82-84页
        3.3.3 优势菌序列的PCR结果第84-86页
        3.3.4 优势菌的序列分析和系统发育树第86-88页
        3.3.5 本章小结第88页
    3.4 优势菌对成品酱挥发性成分的贡献作用分析第88-103页
        3.4.1 优势菌发酵的大豆酱部分理化性质的测定第88-92页
        3.4.2 优势微生物对宝泉酱挥发性香气的影响第92-100页
        3.4.3 不同样品挥发性成分的因子分析第100-102页
        3.4.4 本章小结第102-103页
4 讨论第103-111页
    4.1 大豆酱基本理化性质和微生物多样性的研究第103-105页
    4.2 典型大豆酱发酵过程中微生物群落演替及对其挥发性成分形成影响第105-108页
        4.2.1 典型大豆酱微生物群落的演替第105-107页
        4.2.2 微生物群落演替对挥发性成分形成的影响分析第107-108页
    4.3 优势微生物对典型酱挥发性香气的影响第108-111页
5 结论第111-113页
    5.1 六种大豆酱基本理化性质及微生物多样性的测定第111页
    5.2 典型大豆酱发酵过程中微生物群落演替及对其挥发性成分形成的影响第111页
    5.3 优势菌株的鉴定第111-112页
    5.4 优势菌对成品酱挥发性成分的贡献分析第112页
    5.5 创新点第112页
    5.6 后续实验建议第112-113页
参考文献第113-125页
致谢第125-127页
个人简历第127-128页
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论文编号ABS4353725,这篇论文共128页
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