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许正宏教授团队在AEM 和 Food Res Int发表基于镇江香醋传统工艺机理解析的功能菌群设计及应用的研究成果

来源:生物工程金佰利菲律宾娱乐   审核:周云龙发布时间 :2022-02-24  点击量:

近期,我校生物工程金佰利菲律宾娱乐许正宏教授团队基于镇江香醋传统工艺科学机理的解析基础上,构建了多菌种发酵剂,并成功应用于食醋酿造。相关研究成果 “Constructing a defined starter for multispecies vinegar fermentation via evaluating the vitality and dominance of functional microbes in autochthonous starter”正式发表于《Applied and Environmental Microbiology》(https://doi.org/10.1128/AEM.02175-21)和“Combined ffects of fermentation starters and environmental factors on the microbial community assembly and flavor formation of Zhenjiang aromatic vinegar” 正式发表于《Food Research International》(https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110900)。

中国传统固态食醋采用未经灭菌的原料,在开放式多菌种混合体系中进行酿造。其工艺过程大体包括淀粉质原料的糖化(SS)和酒精发酵(AF)、酒醪的固态醋酸发酵(AAF)和厌氧封醅陈酿(SF)等主要步骤。在多种微生物共同的作用下,完成了以酒精、淀粉等原料为主要底物合成包括醋酸在内的多种有机酸、挥发性风味物质等,最终形成了味道浓郁且独特的中国传统食醋。近年来,人工构建合成菌群且用于传统工艺革新受到广泛关注,合成菌群可用于快速启动发酵并保证产品风味的稳定性。但已有的研究未能系统阐明传统酿醋微生物群落的演替及其驱动力,及其交互作用与功能。上述信息的缺失客观上阻碍了人工构建菌群理性设计与应用。

江南大学生物工程金佰利菲律宾娱乐许正宏教授团队与江苏恒顺集团有限公司紧密合作长达20余年,双方致力于镇江香醋酿造微生态研究,采用现代生物技术解析传统酿醋工艺机理,挖掘酿醋微生物的功能并加以理性工业应用。本研究以镇江香醋为研究对象,(1)分析了镇江香醋4个发酵阶段微生物群落演替规律及其与环境因子变化和风味代谢物的相关性,发现封醅发酵工艺可以进一步提高醋醅中的有机酸、氨基酸和挥发性化合物总含量;(2)利用相关性分析发现pH是影响酒精发酵阶段微生物群落的关键环境因子,乙醇含量和还原糖含量对醋酸发酵阶段微生物群落有显著相关性,而封醅发酵阶的微生物群落与乙醇含量、pH和温度有显著相关性;(3)通过SourceTracker分析镇江香醋发酵微生物的来源,发现启动醋酸发酵的细菌群落主要来源于种醅(即发酵第7天的醋醅),真菌群落主要来源于未灭菌的原料混合物。(4)采用多组学技术全面分析了镇江香醋种醅中具有活性的优势物种,追踪了它们在发酵过程中的演替规律,发现上述优势微生物表现出了4种演替模式,结合聚类分析和共线性网络分析揭示了这些优势物种在发酵过程中的重要作用;(5)从种醅中分离筛选到代表菌株(巴氏醋杆菌Acetobacter pasteurianus、金山醋酸乳杆菌Acetilactobacillus jinshanensis、耐酸乳杆菌Lactobacillus acetotolerans和瑞士乳杆菌L. helveticus),并构建了简化的酿醋合成菌群,该合成菌群能够快速启动醋酸发酵,且产品主体风味与传统工艺食醋无明显差异。

上述研究较为系统地阐释了镇江香醋传统“套醪接种”工艺的科学机理,加深了对香醋传统生产工艺与风味形成之间关系的理解,并构建了多菌种发酵剂,创新了食醋酿造工艺。研究表明,可以通过挖掘酿造功能微生物,实现人工合成微生物组在传统酿造中的应用。但人工群落的构建绝非简单选择几种微生物,而需充分了解参与各代谢模块的微生物并明晰它们之间的交互作用及演替模式,才能理性设计出简化且稳定的功能菌群,最终达到优化生产工艺,稳定生产过程,提升产品品质的目的。

我校16级博士生黄婷为第一作者,上述研究工作得到了国家自然科学基金(31771967)项目的资助。

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