基于生化指纹图谱研究传统固态发酵微生物菌落结构特征及发酵动力学

应用GC-MS、HPLC等现代分析检测方法，建立以PLFA/PLEL和麦角甾醇等细胞膜特定组分为生化指纹图谱，构建快捷、准确和定量地表征传统发酵食品中微生物群落特征和动力学关系的多相表征技术。以麸醋和白酒生产过程为研究对象，研究各种生化指纹图谱用于定量表征群落特征的相关性和转换关系。选取具有代表性的酱油与浓香型白酒的酿造过程，研究其过程中真菌、细菌和古生菌三界相互作用及演替规律。探究传统发酵食品生产过程中微生物群落特征、相互作用规律，揭示时间变迁对生产技术及小生境的群落影响规律。本研究的成果为了解具有悠久应用历史的传统发酵食品的微生物群落特征和作用特点提供新的研究途径与方法。研究结果为传统发酵食品在传承工艺特色的基础上，开发微生物共培应用技术及评估生产过程的生物安全性奠定理论基础和方法学基础。

本项目针对研究对象组成复杂、多尺度的特点，通过优化各种样品的预处理条件的优化，通过生物加标和模拟进化过程的措施，探讨了（PLFA和PLEL）检测技术及原位荧光杂交技术（FISH）定量表征其总生物量及微生物群落特征的可行性。建立了多相检测技术定量研究酿造微生物群落多相性特征及演变规律的方法。.以代谢特点不同的传统食品发酵（白酒及酱油酿造）为对象，分别从细胞、亚细胞特征组分及遗传多样性等多尺度地研究了参与代谢的三界微生物（真细菌、古菌和真菌）的群落多样特征及演变特点。结果表明，参与酿造真细菌菌落变迁是环境条件所致，主要包括工艺参数、地理环境。参与白酒酿造的优势菌乳酸菌、梭状菌属及产甲烷的古菌间比例关系显著地影响浓香性白酒发酵生境的稳定性，这些群落的相互作用对其次级代谢影响显著。工艺方式及参数显著地影响乙酸营养型与氢营养型产甲烷菌的比例。二者的比例有促揭示窖龄及胁迫条件影响。不同类型及种类酿酒大曲亦有类似的规律。浓香白酒窖池中的三相（窖泥、糟醅和黄水）其群落多样性特征差异显著，主要表现为窖泥的优势菌为真细菌和古菌、糟醅中的则是真菌（酵母和霉菌），黄水中微生物的数量远低于前二者的，其组成也有较大差异。生产过程中源于窖泥的产甲烷古菌和细菌（梭状菌属、乳酸菌）与源于大曲细菌（乳酸菌）和真菌在胁迫环境中相互作用，调控其过程代谢与产物的形成。.研究了功能菌和栖息原料中“土著”菌群相互作用的结果表明，合理工艺参数、模拟生产过程的小生境加速了群落向功能菌群的进化。在酿造过程中，功能菌的强化作用主要是改变其次级代谢速率及产物种类，而对其初级代谢无显著的影响，群落多样性改变也主要受环境的胁迫作用较大。