传统发酵酸面团微生物菌相结构解析及对馒头特征风味物质形成的调控机理

The microbial flora in traditional fermented food is complicated and diversiform. The effect of microorganism on the quality of processed foods is the key scientific problem, which restricts the development of traditional fermented food industry. Sourdough is the starter culture for making Chinese steamed bread. Because of the complex microbial ecosystem, there are little quantitative researches about the effect of sourdough on the steamed bread processing and flavor compound forming mechanism. This project focuses on the traditional sourdough from typical area in China, to reveal the microbial flora composition and structural characteristics; using metagenomics and high-throughput sequencing technology to analysis the relationship between the microbial flora and steamed bread flavor; by using headspace solid-phase micro-extraction (SPME) and GC-O-MS or GC-MS/MS to elucidate characteristic flavor formation; constructing metagenomic library of the key microorganism, to identify the regulation characteristics of the flavor substances microbial communities, annotate and classify functional gene by bioinformatics and metabolic pathway methods; to explain its association with the flavor compounds formation. This project is expected to reveal the microbial ecological system in the traditional sourdough, make clear the metabolic pathway of organic compounds and explore the regulation mechamism on volatile flavor compounds formation during the fermentation process.

传统发酵食品的微生物菌群多样性及其对加工食品品质的影响是传统发酵食品产业发展的关键科学问题。发酵酸面团是传统馒头加工的主要发酵剂，但由于其复杂的微生态体系和菌群结构多样性，因此对馒头加工过程和风味品质的调控作用研究尚属空白。本项目重点针对我国代表性地区传统发酵酸面团开展研究，揭示微生物菌群组成及结构特征；借助宏基因组学与高通量测序技术，解析关键的共性微生物菌群与差异菌群及其与馒头风味之间关联；采用顶空固相微萃取(SPME)联合GC-O-MS或GC-MS/MS手段阐明馒头特征风味物质的形成；鉴定出调控特征风味物质产生的关键微生物群落，构建关键微生物菌群的宏基因组文库，解析功能基因簇，并借助生物信息学和代谢途径分析技术对基因进行功能注释，阐释其与特征风味物质代谢的关联。本项目开展可望揭示我国传统发酵馒头的系统生物学，明确其发酵过程中对有机物的代谢机理，探索其对馒头特征风味物质形成的调控基础。

酸面团，在我国又称作老面、酵子等，是制作主食馒头等的传统发酵剂，在我国已有1000多年的应用历史。然而国内对于酸面团微生物组成及其发酵面团过程中的物质代谢尚缺乏系统的研究和认识。. .对采自全国不同地区的酸面团中的乳酸菌和酵母菌进行分离培养，共发现乳酸菌11种，结果表明，旧金山乳杆菌是我国传统酸面团中的优势菌种。分离得到酵母菌6种，其中，酿酒酵母数量最多，是酸面团中的优势酵母菌。采用PCR-DGGE技术共鉴定出5种细菌，6种酵母菌和一种霉菌。对这些酸面团样品中的细菌进行高通量测序分析，结果表明酸面团中的细菌绝大部分是乳酸菌，主要以乳杆菌为主，其次是魏斯氏菌属和明串珠菌属，这三个属的乳酸菌含量较多，分布较广泛。高通量测序的结果同样表明，旧金山乳杆菌是我国传统酸面团中的优势菌种，是唯一在所有样品中均有发现的菌种。..采用SDE、SPME及吹扫捕集三种技术结合GC-MS技术对传统面食发酵剂制备的馒头中挥发性风味物质进行了分析。三种方法测得的结果各有侧重，但均表明馒头中的主要风味物质包括醇类、醛类、酮类、有机酸类和酯类。不同种类酵母制作的馒头中，总共发现41种挥发性化合物，其中，酿酒酵母产生的风味物质较多。利用分离得到乳酸菌进行面团发酵，在发酵12 h的发酵面团中共发现33种挥发性化合物。..将酿酒酵母和旧金山乳杆菌混合发酵面团，结果表明，虽然旧金山乳杆菌中与乳酸和乙酸生成相关的一些基因下调表达，但混合发酵对旧金山乳杆菌的最终产酸量未产生实质影响。另一方面，菌落计数表明旧金山乳杆菌的存在有利于酿酒酵母在面团中的生长繁殖。混合发酵面团的挥发性风味物质包含两种菌各自所产生的物质，但产量大都少于两者单独发酵的加和，表明两者之间存在相互影响。