一种食醋发酵人工菌群构建方法及应用技术

本发明专利技术属于食品发酵技术领域，尤其涉及一种食醋发酵人工菌群理性构建方法及应用。本发明专利技术所提供的人工菌群构建方法以宏转录组测序技术为基础，首次采用分组聚类分析构建人工菌群，与食醋原位醋酸发酵过程中的活性微生物群落的相似度≥90％，菌群代谢特征≥80％，能实现人工菌群的理性构建。该发明专利技术能很好的提高食醋发酵的稳定性，也可作为其他传统发酵食品菌群构建与分析以及为可重复性风味合成技术提供参考，具有较好的科学价值和应用价值。具有较好的科学价值和应用价值。具有较好的科学价值和应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种食醋发酵人工菌群构建方法及应用

:
[0001]本专利技术属于食品发酵
，尤其涉及一种食醋发酵人工菌群理性构建方法及应用。

技术介绍
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[0002]我国食醋的生产主要包括以谷物醋和果醋为原料，采用传统的多菌种固态发酵或纯菌(醋酸菌)液态发酵生产，前者风味醇厚但发酵慢，而后者发酵更快但风味单一。传统食醋多采用开放式发酵工艺生产，醋酸发酵阶段是风味物质形成和积累的主要阶段。“种醅”作为天然发酵剂为食醋醋酸发酵阶段提供丰富的微生物，但在实际生产过程“种醅”所富含的微生物群落受多方面影响容易发生波动，导致食醋发酵过程及产品品质不稳定，成为了行业亟需解决的共性技术问题。随着科技的发展和对微生物群落研究的不断增加，从天然发酵到可处理发酵的人工菌群的转变在保证发酵食品品质上是必不可少的。
[0003]食品发酵过程依赖于有限的微生物属驱动，它们不仅产生风味化合物，而且存在微生物相互作用，使发酵朝着稳定的趋势发展，从而保障食品发酵正常进行。如醋酸菌产生的乙酸是食醋中主要的呈味物质，乳酸菌产生的乳酸能大大减轻食醋的尖酸感，同时还能产生各种有益因子和抑菌素，另外，芽孢杆菌能和乳酸菌相互协同产生更多的风味物质。一些研究者们将不同功能的微生物进行简单组合来生产食醋，但这种方式缺乏科学性，不能有效保证食醋的品质。
[0004]得益于高通量测序技术的发展，基于菌群结构组成分析进行人工菌群的构建与应用已得到初步研究。然而此方法得到的菌群结构并不一定具有较高的代谢活性，不能反映发酵阶段菌落的真实代谢情况与功能。而宏转录组测序能有效消除了这种问题。在此基础上，基于微生物功能活性分析，重构活性微生物的代谢网络，构建食醋发酵人工菌群，可以有效保障发酵过程和产品品质的稳定性。

技术实现思路
:
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种食醋发酵人工菌群理性构建方法及应用。本专利技术所提供的人工菌群构建方法是以宏转录组测序技术为基础，采用分组聚类分析得到核心微生物组并构建人工菌群。该技术应用于食醋发酵过程，在实现稳定生产的同时能提高食醋风味品质。
[0006]一种食醋发酵人工菌群理性构建方法，包括如下步骤：
[0007](1)微生物群落功能和物种注释：取不同发酵阶段的待模拟醋醅样品，除去杂质，分别提取微生物的总RNA，进行宏转录组测序。对测序结果进行功能和物种注释；
[0008](2)污染和致病微生物的去除：对注释到相应功能的微生物，去除其中的污染微生物和致病微生物；
[0009](3)初始核心微生物的确定：以宏转录组结果中各发酵阶段所有微生物(N个物种)的丰度为基础，按照整个发酵过程中各个物种平均丰度逐渐降低的顺序排序，将最靠前的
两个物种组合成第1组，并依次逐渐增加一个物种进行组合，最终得到(N
‑
1)个微生物组；
[0010]将微生物组与各阶段的原始微生物组均聚类成功且相似度均≥90％时所需的最少物种确定为初始核心微生物组；
[0011]进一步地，将各微生物组物种丰度数据导入软件Minitab，采用最长距离法及Euclidean距离计算各个微生物组和各阶段原始微生物菌群的相似度并进行聚类分析；
[0012]所述物种丰度包括微生物种类及对应浓度；
[0013]优选地，相似度均＞95％；
[0014](4)核心微生物组代谢活性验证：
[0015]①
确定发酵结束时样品中的主要风味物质及对应的代谢基因；
[0016]②
计算初始核心微生物组关于上述代谢基因的转录表达量在各个发酵阶段原始微生物关于上述代谢基因的转录表达量的占比，若与各阶段主要风味代谢基因转录占比均≥80％，则进行下一步；若与某一阶段主要风味物质代谢基因转录占比＜80％，则按步骤(3)中物种丰度依次增加一个物种，并重复步骤(4)，直至与每个阶段主要风味物质代谢基因转录占比均达到≥80％，至此确定出核心微生物组；
[0017]优选地，核心微生物组代谢基因转录占比达到85％以上；
[0018]进一步地，所述主要风味物质，是指采用高效液相色谱、气质联用仪等仪器对发酵结束时样品中主要风味物质组成进行检测，并结合风味物质的阈值及含量对该物质的风味强度进行分析，其中TAV＞1(滋味强度值)的有机酸、氨基酸定义为主要滋味物质，它们对食醋的酸、甜、苦等滋味有重要贡献；ROAV＞0.1(相对香气活度值)的挥发性香气化合物定义为主要香气化合物，两者共同组成食醋的主要风味物质；
[0019]进一步地，各发酵阶段主要风味物质的代谢基因的确定是通过在KEGG数据库中对比，并在宏转录组测序结果中筛选确定；
[0020](5)人工菌群菌株的筛选：根据核心微生物组的组成，从曲、酒醪、醋醅等样品中筛选获得性能优异的菌种；
[0021]进一步地，根据需求采用不同的选择性培养基先对醋醅样品中微生物进行初筛，并以耐酸、耐温、耐醇等条件进行菌株的复筛，最后根据不同的实验菌株进行发酵功能验证，从而确定最优菌株，并最终确定核心微生物组的具体微生物组成；
[0022]进一步地，选择性培养基可以采用含有淀粉、纤维素、葡萄糖、乙醇、乙酸、等不同底物的培养基筛选醋醅等样品中具有淀粉或纤维素水解、转化葡萄糖或乙醇产生有机酸、醇、酯类、醛类等特性的微生物；
[0023]进一步地，人工菌群菌株之间的比例按照各阶段原始发酵样品中核心微生物组中相应微生物的平均生物量的比例进行复配；
[0024]进一步地，所述人工菌群菌株之间混合培养时无明显抑制作用，且在20％～40％的水分条件下能保持原有的生理活性特点。
[0025]本专利技术还提供上述人工菌群的应用，特别是在采用上述人工菌群替换传统“种醅”进行食醋发酵中的应用；
[0026]进一步地，所述人工菌群的菌株分别经纯种培养后，制成纯菌菌剂或者麸曲，根据宏转录组测序结果中各个发酵阶段微生物组成的平均比例确定各个菌株添加比例，按相应比例进行复配，再应用于食醋醋酸发酵阶段：
[0027]进一步地，将混合菌剂应用于液态或固态的谷物醋或果醋发酵过程；
[0028]进一步地，将混合麸曲应用于液态或固态的谷物醋或果醋发酵过程；
[0029]进一步地，人工菌群的接种量为每1kg原料添加活菌数为108～10
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cfu。
[0030]本专利技术具有的优点和积极效果是：
[0031](1)本专利技术以宏转录组测序技术为基础，首次采用分组聚类分析构建人工菌群，与食醋原位醋酸发酵过程中的活性微生物群落的相似度＞90％，菌群代谢特征＞80％，能实现人工菌群的理性构建。此外，该专利技术能很好的提高食醋发酵的稳定性，也可作为其他传统发酵食品菌群构建与分析以及为可重复性风味合成技术提供参考，具有较好的科学价值和应用价值。
[0032](2)本专利技术在宏转录组测序基础上进行菌群的构建，该技术对主要功能微生物分析准确，具有较好的理论意义。
[0033](3)本专利技术采用人工菌群替代传统种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种食醋发酵人工菌群构建方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)微生物群落功能和物种注释：取不同发酵阶段的醋醅样品，除去杂质，分别提取微生物的总RNA，进行宏转录组测序，对测序结果进行功能和物种注释；(2)污染和致病微生物的去除：对注释到相应功能的微生物，去除其中的污染微生物和致病微生物；(3)初始核心微生物的确定：以宏转录组结果中各发酵阶段所有微生物(N个物种)的丰度为基础，按照整个发酵过程中各个物种平均丰度逐渐降低的顺序排序，将最靠前的两个物种组合成第1组，并依次逐渐增加一个物种进行组合，最终得到N
‑
1个微生物组；将微生物组与各阶段的原始微生物组均聚类成功且相似度均≥90％时所需的最少物种确定为初始核心微生物组；(4)核心微生物组代谢活性验证：
①
确定发酵结束时样品中的主要风味物质及对应的代谢基因；
②
计算初始核心微生物组关于上述代谢基因的转录表达量在各个发酵阶段原始微生物关于上述代谢基因的转录表达量的占比，若与各阶段主要风味代谢基因转录占比均≥80％，则进行下一步；若与某一阶段主要风味物质代谢基因转录占比＜80％，则按步骤(3)中物种丰度依次增加一个物种，并重复步骤(4)，直至与每个阶段主要风味物质代谢基因转录占比均达到≥80％，至此确定出核心微生物组；(5)人工菌群菌株的筛选：根据核心微生物组的组成，从曲、酒醪、醋醅等样品中筛选获得性能优异的菌种，并按照各阶段原始发酵样品中核心微生物组中相应微生物的平均生物量的比例进行复配，获得最终的人工菌群组成。2.如权利要求1所述的一种食醋发酵人工菌群构建方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宇，夏梦雷，王敏，赵翠梅，肖云，夏婷，李暄，刘丹彤，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：