新疆哈萨克族奶酪中酵母菌菌群结构及优势种群对特征风味形成的功能解析

Kazak livestock breeding industry has a long history in Xinjiang province with vast territory. Cheese are one of most common Kazak traditional fermented food, which harbor a wide diversity of microbial community. Due to different geographical, climatic conditions and production process, cheese flavor is different. Yeasts play an important role during the ripening of cheese, and at present we understand poorly in flavor formation and metabolism of microbial community. We investigate the yeasts community and ecological geographic distribution of traditional cheese from different Kazak regions by both “culture-dependent” and “culture-independent” methods (metagenomics). Combining with SPME, GC-MS and GC-O, the flavor metabolism and characteristic flavor compounds of Kazak traditional cheese were illustrated. The aim of this study was to establish covariant model between volatile compound production and yeasts community. We understand cheese aroma metabolism strategy and real time community succession patterns in the cheese fermentation process by metatranscriptomics and Q-PCR. Understanding the contribution of yeasts towards Kazak traditional cheese aroma development may provide theoretical basis for utilization of ethnic food microbiology resources, and promote the modernization process of ethnic foods.

新疆地区哈萨克族畜牧养殖业历史悠久、地域广袤。奶酪是哈萨克族特色传统发酵乳制品，孕育了极其丰富的微生物多样性。因地域、气候条件、制作工艺的不同，奶酪风味迥异。酵母菌是奶酪成熟过程中的优势微生物菌群，目前在菌群代谢水平上对其在奶酪风味形成中的作用了解很少。本项目以新疆不同地域的哈萨克族奶酪为研究对象，采用传统培养和宏基因组学技术揭示奶酪中酵母菌种群的多样性及生态分布差异；结合顶空固相微萃取技术（SPME）、气质联用（GC-MS）及嗅闻技术（GC-O）解析形成奶酪风味的特征化合物谱，通过数据多元统计明确酵母菌种群与奶酪风味物质形成的相关性。通过宏转录组、Q-PCR技术阐明目标产酶酵母菌种群在奶酪发酵可控体系中实时演替规律，及其在风味物质形成过程中的代谢调控功能。项目的开展将为民族特色食品微生物资源的开发利用提供理论依据，有助于推动民族特色食品的现代化进程。

新疆哈萨克族奶酪制作历史悠长，这类天然发酵乳制品中含有一系列特征性风味物质。哈萨克族地区奶酪仍延续传统的手工制作，微生物群落结构复杂，使其风味仍存在较大波动，故研究奶酪微生物菌群结构和风味物质形成的关系，是在保持哈萨克族奶酪特征风味的基础上解决奶酪风味品质不稳定和标准化生产的关键。本文以不同地域的哈萨克族传统奶酪为研究对象，解析其典型风味特征谱及核心微生物，进而揭示奶酪成熟过程中微生物群落演替规律，以及对特征风味物质形成的关联影响；通过接种富含酶系的酵母种群，进一步探明优势酵母种群与奶酪特征风味物质之间的相关规律，为哈萨克族奶酪的高质量、标准化生产提供理论依据和实际应用参考。研究表明，采用HS-SPME/GC-MS，对新疆哈萨克族不同地区20种不同奶酪中挥发性风味物质进行系统分析，共检测出52种主要挥发性化合物，结合GC-O风味强度结果和感官评定，发现乙酸、丁酸、己酸、2-苯乙醇、3-甲基丁醇、乙酸乙酯、己酸乙酯、等对新疆哈萨克族奶酪风味贡献较高，构成了哈萨克族奶酪典型特征风味物质。基于不同地区奶酪的Illumina-HiSeq测序结果，结合微生物菌群高丰度、高共现率和风味相关性三个标准，确定哈萨克族奶酪中核心功能微生物为Kluyveromyces，Pichia，Issatchenkia，Torulaspora，Debaryomyces。确定产酶功能酵母菌分别为5株K.marxianus （5-7、5-11、N-9、24-5和27-2），2株K. lactis（NTE和N-S），3株P. kudriavzevii（N-X、4-5和10-8）。不同产酶酵母菌强化奶酪发酵体系结果显示P. kudriavzevii N-X对乙酸、乙酸乙酯和3-甲基丁醇风味物质的稳定起关键作用，K. marxianus 24-5具有很强的分解乳糖的能力，并能控制2-苯乙醇、3-甲基丁醇等风味物质含量，P. kudriavzevii N-X和K. marxianus 24-5可作为附属发酵剂促进哈萨克族奶酪特征风味物质乙酸、2-苯乙醇、乙酸乙酯和3-甲基丁醇的形成。研究结果为哈萨克族奶酪研发及标准化生产提供依据。