發(fā)酵豆制品基本生產(chǎn)工藝、微生物區(qū)系和風味的研究進展
大豆（Glycine max（L.）Merrill）是我國重要的重要作物之一，具有優(yōu)良的產(chǎn)量和豐富的營養(yǎng)成分，包括蛋白質、脂質、維生素和異黃酮。在大豆被食用或者加工在產(chǎn)品之前，必須要被煮熟，破壞其中抗營養(yǎng)和脹氣因子，包括胰蛋白酶抑制劑和凝集素。迄今已經(jīng)生產(chǎn)出12 000余種以大豆為基礎的食品。
在大豆加工生產(chǎn)中，發(fā)酵可以大大提高大豆食品的感官質量和生物活性成分，并減少抗營養(yǎng)因子。在中國，常見的發(fā)酵豆制品有大醬、豆豉、豆腐乳、醬油等。這些發(fā)酵豆制品除了營養(yǎng)價值高外，還具有獨特的風味和口感。
研究表明，發(fā)酵豆制品其中獨特的氣味和風味口感與各種微生物在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酶作用下分解得到的糖、有機酸、脂肪酸、氨基酸和肽密切相關。發(fā)酵大豆食品中的揮發(fā)性化合物極其復雜，因為不同的原料、加工方法和菌株可以產(chǎn)生多種風味物質。而且，傳統(tǒng)的豆制品發(fā)酵一般采用自然發(fā)酵的方式，依靠自然環(huán)境中的優(yōu)勢菌種來實現(xiàn)發(fā)酵，發(fā)酵系統(tǒng)中微生物種類繁多，菌群結構演變復雜，代謝途徑多樣。因此，弄清相關微生物在發(fā)酵過程中的作用及其與風味的關系，對于發(fā)掘潛在的風味功能菌群，控制發(fā)酵豆制品的風味品質具有重要意義。
目前，人們對傳統(tǒng)發(fā)酵豆制品的微生物菌種資源和微生物的分離鑒定進行了大量研究，對傳統(tǒng)發(fā)酵醬油及其風味物質的風味物質提取方法研究相對成熟，這對風味形成機理的探索和風味功能菌群的挖掘具有重要意義。然而，目前關于我國發(fā)酵豆制品微生物群和風味特征的系統(tǒng)綜述較少。因此，本文綜述了國內流行的發(fā)酵豆制品(大醬、腐乳、豆豉和醬油)的基本生產(chǎn)工藝，總結了近年來這些豆制品的微生物區(qū)系和風味的研究進展，并對未來發(fā)酵豆制品微生物區(qū)系和風味的研究前景進行展望。
大醬、腐乳、豆豉和醬油的制作加工流程如圖1所示，在發(fā)酵過程中，不同地區(qū)的使用原料、工序和習慣不同，導致微生物的菌群結構產(chǎn)生差異，大醬、腐乳、豆豉和醬油中的優(yōu)勢菌屬總結見表1。
圖1傳統(tǒng)發(fā)酵豆制品（包括大醬、腐乳、豆豉和醬油）的發(fā)酵工藝流程圖
表1不同發(fā)酵豆制品中微生物群落的多樣性
發(fā)酵豆制品最重要的特征之一是風味特征，它能夠直接影響消費者的接受程度。在發(fā)酵過程中，各種微生物的協(xié)同作用產(chǎn)生了大量的風味物質，在發(fā)酵豆制品中已經(jīng)被鑒定出碳氫化合物、醇類、醛類、酮類、酸類、酯類、雜環(huán)化合物、硫類化合物、酚類等揮發(fā)性化合物的存在，這些揮發(fā)性化合物主要由脂質氧化、蛋白質降解、美拉德反應、微生物代謝和酒精發(fā)酵等反應產(chǎn)生。由于制作曲所用的微生物不同，不同類型的發(fā)酵微生物的風味類型和風味量也不同，不同發(fā)酵豆制品中的常見的揮發(fā)性化合物見表2。
表2不同發(fā)酵豆制品中的揮發(fā)性化合物
發(fā)酵豆制品中的揮發(fā)性化合物是非常復雜的，因為不同的原料和工藝在微生物的作用下，可以產(chǎn)生種類繁多的風味物質。近年來，隨著分子生物學和生物信息學的發(fā)展，以及基因數(shù)據(jù)庫的完善和精確數(shù)據(jù)分析工具的應用，風味譜和微生物多樣性分析技術不斷更新，研究人員對發(fā)酵過程中微生物的研究從培養(yǎng)依賴法到變性梯度凝膠電泳（DGGE），再到高通量測序技術。利用16S rRNA測序和宏基因組學技術，越來越多的早期難以發(fā)現(xiàn)與風味產(chǎn)生相關的微生物比如難以培養(yǎng)的微生物、低豐度或類似的微生物被鑒定出來。此外，隨著高分辨率質譜技術與數(shù)據(jù)無關的采集方法的廣泛應用，GC-IMS、GC-O-MS、GC×GC-TOF/MS等香氣分析技術可以有效地從復雜的生物基質中分離和鑒定香氣成分。采用高效液相色譜(HPLC)和核磁共振(NMR)相結合的方法，提高了非揮發(fā)性風味成分測定的靈敏度和準確性，可以更好地了解整體風味結構。超轉錄組學是指通過提取mRNA然后將其轉化為cDNA來測量靶基質中的總基因表達。與宏基因組學相比，轉錄組學提供了更多的信息視角，因為它可以揭示轉錄活躍群體的細節(jié)，而不僅僅是像宏基因組分析那樣識別細菌群體的遺傳內容。微生物組學研究中的多組學技術提供了發(fā)酵豆制品中微生物群、代謝和生化過程變化的全局視圖（圖2）。包括宏基因組學、轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學在內的多組學技術被認為是微生物組學研究的未來方向，在探索核心微生物群、鑒定功能基因、構建風味成分代謝網(wǎng)絡等方面具有顯著優(yōu)勢。
圖2發(fā)酵豆制品中微生物作用下風味形成的研究方向
我國發(fā)酵豆制品多為高鹽食品。長期食用高鹽食物對人體健康有害，導致患有高血壓和心臟病的人出現(xiàn)健康問題。但發(fā)酵過程中含鹽量低可能會造成脆、爛、脆、酸、臭、保質期短等問題。因此，在降低發(fā)酵豆制品含鹽量的基礎上，保持產(chǎn)品的品質和風味是一個非常重要的方向。目前，大多數(shù)研究采用優(yōu)化發(fā)酵條件來降低產(chǎn)品的含鹽量。此外，還可以通過改善后發(fā)酵中添加的成分并在成熟后終止發(fā)酵來減少對風味的影響并延長保質期。此外，發(fā)酵大豆食品的生產(chǎn)工藝還有很大的改進空間。很多地方仍以自然發(fā)酵為主，但自然發(fā)酵發(fā)酵周期長，原料利用率低，質量無法保證。工業(yè)生產(chǎn)多為單菌種發(fā)酵，雖然減少了雜菌的污染，但會導致發(fā)酵過程中酶系統(tǒng)不完整，產(chǎn)品風味品質差。目前，已有大量利用多菌種提高發(fā)酵豆制品產(chǎn)量和品質的研究。與單一制曲相比，混合制曲和多菌種共發(fā)酵可顯著提高產(chǎn)品的氨基酸態(tài)氮含量、氨基酸產(chǎn)率和還原糖含量，風味物質的種類和數(shù)量也可顯著增加，從而改善產(chǎn)品的色澤。此外，多菌種制曲可以縮短發(fā)酵時間，豐富酶系統(tǒng)，改善產(chǎn)品風味，是今后發(fā)酵豆制品的主要趨勢。
發(fā)酵豆制品的香氣特征高度依賴于發(fā)酵系統(tǒng)中微生物群產(chǎn)生的初級和次級代謝產(chǎn)物。盡管發(fā)酵過程中產(chǎn)生的微生物結構和代謝物化合物已經(jīng)通過高通量測序技術和質譜以及NMR進行了分析，但發(fā)酵系統(tǒng)中的核心微生物及其與主要風味相關代謝物的相關性仍有待闡明，并且大多數(shù)微生物通常很難評估它們是否實際參與了發(fā)酵過程，一些存在濃度非常低微生物很難確定它們是否有助于發(fā)酵豆制品獨特風味的形成。培養(yǎng)非依賴性和多組學技術的發(fā)展為表征發(fā)酵過程中微生物群落及其在風味形成中的作用提供了新的視角。此外，可以通過使用多組學技術揭示導致特定香氣形成的生物學途徑。
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