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上海理工大学周国燕副教授等:高通量测序分析黄酒糟制香糟自然发酵过程中微生物群落多样性
2023-10-31作者:来源:责任编辑:食品界 字体A+AA-
黄酒糟是黄酒生产过程中的副产物,是黄酒成熟醪压榨后留下的固形物。以黄酒糟等为主要原料,经压碎、过筛并与香辛料均匀混合后入坛密封,发酵后制成香糟。香糟卤是以香糟为主要原料,通过添加天然植物香辛料、食盐、黄酒等调味成分,经配制、过滤、灭菌、灌装等工艺开发而成的液态调味品。目前,优质香糟卤的生产常以封坛固态发酵3 a形成的香糟为原料,1、2、3 a产品风味存在一定差异,发酵食品风味的形成与发酵过程中的微生物及其代谢产物密切相关,且黄酒糟发酵是在相对不受控制和自发的方式下进行,导致香糟卤制品风味不稳定。
1 α多样性分析
表1显示,3 个发酵阶段样品的覆盖率均在99.95%以上,表明测序数据能够覆盖样品中细菌及真菌的种类,真实反映样品中物种丰度及多样性;如图1所示,稀释曲线平缓,说明测序深度较好,测序数据量合理。结果显示,无论细菌还是真菌,发酵初期ASV数量和Chao1指数均最低,即物种丰度最低。发酵初期组内样品细菌Chao1指数差异大,变化范围为613.91~1017.90,均值为882,发酵中期和后期Chao1指数均值为1213和1201,物种丰度呈现向上升后稳定的趋势,发酵中后期Chao1指数的浮动趋势不大,表明样品中的微生物在逐渐适应生长环境,物种丰度趋于平稳。发酵过程中,细菌Shannon指数分别为6.39、6.14和6.55,Simpson指数变化范围为0.93~0.95;真菌的Shannon指数分别为6.71、6.88和6.62,Simpson指数变化范围为0.97~0.99,多样性指数无明显变化,表明黄酒糟固态自然发酵过程微生物群落结构较稳定,群落复杂度不变。
2 微生物物种组成分析
2.1 基于门水平的发酵黄酒糟菌群结构分析
根据得到的每个ASV在门分类水平的物种分类信息,分析样本ASV在门分类水平上的群落结果。由图2可知,3 组发酵黄酒糟样品中细菌及真菌微生物群落组成相似,但相对丰度存在差异。在门水平下,发酵黄酒糟样品一共鉴定出31 个细菌物种,图2A显示丰度水平前10的物种。发酵黄酒糟中细菌优势菌门分别为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria)。变形菌门是黄酒糟发酵整个过程中的绝对优势菌门,发酵第1年其平均相对丰度为71.26%,整个发酵过程,其相对丰度变化不大,发酵第2年相对丰度上升至75.27%,于发酵第3年下降至73.22%。这可能是由于变形菌门的一部分细菌为好氧型,不能适应黄酒糟发酵过程中缺氧、产酸、产醇的环境,因而在发酵第3年丰度降低。厚壁菌门在发酵第1年时占较高比例(16.09%),随发酵进行其相对丰度逐渐降低并趋于稳定。拟杆菌门在黄酒糟发酵过程中呈现小幅度先上升后下降的趋势,在黄酒糟发酵第2年相对丰度达到最高(6.82%)。放线菌门在黄酒糟发酵过程中呈现逐渐上升的趋势,在发酵第3年相对丰度达到最高(5.78%)。
2.2 基于属水平的发酵黄酒糟菌群结构与热图分析
由图4A可知,黄酒糟发酵过程中排前10的真菌属分别为毕赤酵母属(Pichia)、Tausonia、被孢霉属(Mortierella)、曲霉属(Aspergillus)、裂壳菌属(Schizothecium)、尖孢镰刀菌属(Fusarium)、亚隔孢壳属(Didymella)、外瓶霉属(Exophiala)、Phialemoniopsis、Tetracladium。结果显示,毕赤酵母在整个发酵过程中占绝对优势,结合图4B可知,其在发酵末期相对丰度最高,在DJ3-2与DJ3-3样品中相对丰度分别为18.43%与17.41%。毕赤酵母以甲醇作为唯一碳源,发酵过程中,原料的植物细胞壁及细胞间质的果胶被水解成甲醇,随着发酵过程的积累,发酵后期毕赤酵母丰度达到最高;毕赤酵母具有高产乙酸乙酯的特性,同时是乙酸异丁酯和乙酸异戊酯的第2大生产者,能促进发酵过程中挥发性化合物的产生,增强产品的香气特征。另外,发酵中期DJ2-2样品中Tausonia、亚隔孢壳属、曲霉属与球腔菌属(Mycosphaerella)相对丰度较其他发酵阶段高,分别为9.94%、4.21%、9.38%与2.77%。曲霉属能够产生淀粉酶、蛋白酶等,是黄酒糟发酵中淀粉等大分子物质分解的主要动力之一。被孢霉属与裂壳菌属在发酵过程中相对丰度呈现逐年下降的趋势,在发酵第3年相对丰度均达到最低值,分别为3.10%、1.55%;发酵末期DJ3-1样品中,外瓶霉属、Knufia和双足囊菌属(Dipodascus)相对丰度较高,分别为8.81%、4.17%与2.78%。以上结果表明,黄酒糟同一批次不同样品间存在差异,表明了固态自然发酵过程的不均一性。
3 β多样性分析
结 论