论文部分内容阅读
白酒是由细菌、酵母、霉菌等多种微生物构成的酿造微生物群落进行自然发酵形成的,其中乳酸菌是白酒发酵过程中重要的细菌菌群。乳酸菌的种类及群落动态对白酒品质至关重要。然而,长期以来,由于技术水平的局限,对白酒乳酸菌研究较少,目前对于白酒乳酸菌群结构和功能的认识仍不清楚。本研究结合未培养技术和可培养手段解析芝麻香型白酒发酵过程中乳酸菌的多样性,并考察乳酸菌的碳源代谢特征;通过比较手工发酵过程和机械化生产过程中细菌群落组成及主要物质的变化,深入分析乳酸菌群的动态变化及其影响因素;利用相关性分析和共培养实验考察乳酸菌与其他酿造微生物之间的相互影响,进一步探索乳酸菌的功能。主要研究结果如下:(1)从菌群结构上看,乳酸菌是芝麻香型白酒发酵过程中的优势细菌,占细菌总量的83.25%以上。芝麻香型白酒发酵过程中乳酸菌种类丰富,涉及5个属,共计43种乳酸菌,包括Weissella(4)、Pediococcus(2)、Lactobacillus(31)、Leuconostoc(4)和Lactococcus(2)。在发酵过程中平均相对丰度大于0.5%的乳酸菌有10种,分别是Weissella paramesenteroides、Weissella cibaria、Weissella confusa、Pediococcus pentosaceus、Leuconostoc pseudomesenteroides、Lactobacillus fermentum、Lactobacillus plantarum、Lactobacillus paracasei、Lactobacillus acetotolerans和Lactobacillus sp.。其中,Lactobacillus sp.与GenBank中的模式菌Lactobacillus suebicus LC071852.1的相似度最大,但是也只有92%,因此极有可能是一种新的乳酸菌。(2)通过可培养的手段,从芝麻香型白酒酒醅中分离筛选出85株乳酸菌,共计12种,其中Lactobacillus paracasei和Pediococcus acidilactici的菌株数量较多,分别为27株和25株,其次是Pediococcus pentosaceus、Lactobacillus fermentum、Lactobacillus plantarum、Lactobacillus acetotolerans等。这些可培养乳酸菌普遍能够利用葡萄糖,但对糊精等其他物质的利用能力差异比较大。相较于Pediococcus,Lactobacillus对糊精的利用能力较好。Lactobacillus良好的糊精利用能力,为其在窖池发酵中后期葡萄糖较少的情况下仍能大量生长提供了保障。(3)白酒发酵过程中乳酸菌群的结构和数量呈动态变化。在堆积发酵过程中Weissella占细菌总量的50%以上,而在窖池发酵过程中Lactobacillus逐渐成为优势细菌,其中Lactobacillus sp.是窖池发酵中后期的主要细菌。实时荧光定量PCR结果显示,在堆积发酵和窖池发酵前期,乳酸菌总量变化不显著。窖池发酵5 d后,乳酸菌总量迅速上升,在窖池发酵中期达到最大值。在堆积发酵时,手工班和机械班酒醅中乳酸菌群组成存在差异,进入窖池后,二者的菌群演替速率明显不同。在机械班窖池发酵10 d时,Lactobacillus成为绝对优势细菌,相对丰度达93.31%;而在手工班窖池发酵10 d时,Lactobacillus相对丰度仅为49.14%,发酵15 d时才成为绝对优势菌(97.14%)。机械化酿酒改变了传统的白酒发酵过程中乳酸菌群结构和演替速率,从而引起了发酵过程中乳酸、乙酸和柠檬酸的显著变化。(4)通过主要物质和细菌菌群结构的相关性分析发现,葡萄糖、糊精和乙醇是细菌菌群结构演替的主要推动力,而乳酸、乙酸和柠檬酸的变化对细菌菌群结构没有显著影响。随着糖类物质的消耗,乙醇不断产生。尤其是窖池发酵前5 d,乙醇生成速率越大,乙醇含量越高,菌群演替速度越快。窖池发酵前期较高浓度的乙醇促使Lactobacillus提前成为优势菌。(5)根据发酵过程中乳酸菌与其他细菌之间的相关性,可以将乳酸菌分为两类。一类是Weissella、Pediococcus、Leuconostoc等非Lactobacillus的乳酸菌,这些乳酸菌彼此之间呈正相关,主要出现在发酵前期;另一类是Lactobacillus,Lactobacillus与其他属的细菌呈负相关,Lactobacillus主要出现在发酵后期。在发酵过程中,Lactobacillus与Pichia、Saccharomyces呈正相关,和Wickerhamomyce、Aspergillus呈负相关性;而非Lactobacillus的其他乳酸菌与Saccharomyces呈负相关,可能减缓Saccharomyces的生长,从而影响乙醇的生长速率。同时,通过乳酸菌与酵母的共培养实验发现,3株Lactobacillus对Saccharomyces cerevisiae的生长无显著影响,而Pediococcus acidilactici抑制Saccharomyces cerevisiae的生长。