基于多组学技术的传统酸凝奶酪特征风味形成机制研究

To reveal the formation mechanism of the flavor-active compounds in the traditional Chinese acid-coagulated cheese, multi-omics approaches are used to analyze the flavor formation during the ripening process. Firstly, flavoromics approaches are used to determine the odor-active compounds, to collect characteristic aroma fingerprints and to analyze the changes of these compounds during the ripening process. Then, metagenomic and metatranscriptomic analysis are used to study the changes of microbiota and gene expression during the ripening process, respectively. The correlations among the flavor formation, microbial diversity and active gene expression in different ripening process are built by orthogonal partial least squares (O2PLS), back propagation artificial neural network, and random forests algorithm. The core microbiota and key genes are determined for revealing and verifying the mechanisms of flavor formation in the acid-coagulated cheese. Using these omics approaches, the complex changes during the ripening process of the acid-coagulated cheese are monitored and analyzed. This will help to clarify the mechanisms of the flavor formation and carry out the metabolic regulation based on flavor-oriented technology. This work will also contribute to the development of the processing techniques of the acid-coagulated cheese and provide theoretical basis and technical support for industrialization and standardization of the acid-coagulated cheese.

针对目前我国特色传统酸凝奶酪风味活性化合物组成及形成机制认知不足等问题，本课题以中国传统特色酸凝奶酪为研究对象，利用风味组学技术确定风味活性化合物，构建酸凝奶酪的特征香气指纹图谱，并监测成熟过程中风味活性化合物的动态变化；利用宏基因组学和宏转录组学技术分析酸凝奶酪成熟过程微生物菌群组成及基因表达变化；通过双向正交偏最小二乘法、BP神经网络、随机森林等人工智能算法，分析奶酪成熟过程中香气活性化合物与优势菌群及活性基因表达之间的关联性，确定核心菌群和关键基因，解析并验证酸凝奶酪特征风味形成的机制。本课题利用多组学技术系统研究酸凝奶酪成熟过程中的复杂微生物和风味变化，提出以风味导向为基础的酸凝奶酪微生物代谢调控方法，有助于揭示微生物在传统酸凝奶酪中的地位和作用，阐明酸凝奶酪产香机理对开展中国特色酸凝奶酪工业化生产具有重要的意义。

本项目主要针对中国传统酸凝奶酪风味品质不稳定、特征风味不明确等问题，以乳扇和乳饼为研究对象，利用风味组学技术确定乳扇和乳饼的香气品质特征及关键香气化合物；采用感官科学探究乳扇、乳饼关键香气成分间的感官相互作用规律；通过宏基因组与宏转录组学技术全面解析乳扇中的微生物组成，探究微生物群落结构与风味物质之间的相关性，以及乳扇中微生物对香气化合物形成的贡献；通过筛选产香和产酸优势菌并调控发酵工艺，进一步达到优化酸凝奶酪风味品质的目的，主要结论如下：（1）采用定量描述性感官分析（QDA）、接受度检验以及检查所有适用法（CATA）分析鉴定出乳扇具有突出的酸味、奶香味、果香味特征，乳饼具有酸味、膻味、奶香味、坚果味特征；采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）、气相色谱-嗅觉法（GC-O）、香气活力值（OAV）、香气重组和香气缺失等方法，分析鉴定出乳扇关键香气成分有丙酸、丁酸、辛酸等7种香气化合物；乳饼关键香气成分主要含有己酸、辛酸、2-庚酮等15种香气化合物。（2）采用香气添加实验、S型曲线法和σ-τ图法确定了乳扇中多种物质之间具有香气协同作用；而乳饼中2-庚酮和苯甲醛对己酸、辛酸、4-甲基辛酸和4-乙基辛酸成分具有香气掩盖作用。（3）采用高通量测序与风味分析相结合的方法，分析乳扇中微生物和挥发性化合物随地域以及制作过程的动态变化，发现乳杆菌、红酵母、路德酵母和德巴利氏酵母是乳扇中具有香气贡献的微生物。（4）从乳扇样品中分别筛选出产酸优势菌（副干酪乳杆菌和毕赤酵母）和产香优势菌（植物乳杆菌、胶红酵母、孢圆路德酵母和法布里德巴利酵母）；从乳饼中筛选出产香抑膻乳酸菌（乳酸乳球菌乳酸亚种、乳酸片球菌和植物乳杆菌），通过制备发酵剂、调控复配比例以及发酵工艺参数，进一步对乳扇及乳饼的风味品质进行优化。综上所述，本研究通过感官科学、风味组学技术分析鉴定酸凝奶酪的特征香气成分，建立特征香气成分与感官属性的相关性、分析香气化合物间的感官相互作用，进一步构建较为完整的酸凝奶酪香气轮廓；通过宏基因组学技术探究乳扇中核心微生物并解析微生物群落结构与香气成分间的相关性，再以风味为导向，进行产香优势菌株的筛选和复配，有助于监测和优化传统酸凝奶酪的风味品质，从而为我国传统酸凝奶酪的生产改进和品质控制提供一定的理论参考和数据支撑。