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制麦过程中麦芽风味的产生机制及外源微生物对风味的影响

作　者: 董亮
导　师: 史仲平
学　校: 江南大学
专　业: 发酵工程
关键词: 大麦麦芽制麦过程风味嗅感物质固相微萃取气质联用微生物啤酒
分类号: TS262.5
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本论文以挥发性嗅感物质分析鉴定为主要技术手段，开展啤酒麦芽生产链嗅感物质的构成及变化规律的研究。对制麦过程中影响麦芽风味的微生物进行生态学分析，确定不同制麦工艺阶段的主要微生物，同时考察不同外源微生物自身嗅感物质的构成及其对制麦过程绿麦芽嗅感物质的影响，探究制麦过程中外源微生物对麦芽风味的影响机制。论文主要研究结果如下：（1）利用固相微萃取与气质联用技术可以快速准确地分析鉴定酿造大麦中嗅感物质的组成。从10个酿造大麦品种中共分析鉴定出41种挥发性嗅感风味化合物，这些嗅感物质由醛类、醇类、酮类、有机酸类以及少量的芳香族和呋喃类化合物所构成。各供试大麦品种的嗅感物质组成基本相同，只是在个别化合物上存在一定的差别。（2）通过计算嗅感风味化合物的气味活度值（OAV），确定了构成酿造大麦的16种关键性嗅感物质：其中醛类8种（乙醛、异丁醛、异戊醛、2-甲基丁醛、正己醛、正庚醛、正辛醛、壬醛）；醇类2种（异戊醇、环戊醇）；酮类2种（2,3-丁二酮、2-庚酮）；有机酸类一种（乙酸）；其他类化合物3种（乙酸乙酯、2-戊基呋喃、苯乙醛）。（3）应用主成分分析法（PCA）对不同产地的酿造大麦进行了分析。国产大麦品种与进口大麦品种的风味构成存在一定的差异，乙醛、异丁醛、异戊醛、2-甲基丁醛、正己醛、正庚醛、正辛醛、异丁醇、正戊醇、2,3-戊二酮、2-庚酮、乙酸、庚酸、乙酸乙酯、正己醇和2-戊基呋喃对进口大麦品种的风味贡献较大；而壬醛、环戊醇、异戊醇、2,3-丁二酮、己酸及苯乙醛则对国产大麦品种的风味贡献较大。（4）在工业化制麦过程中共分析鉴定出48种挥发性嗅感物质，它们同样由醛、醇、酮、有机酸、呋喃和一些芳香族化合物所组成，通过将这些化合物分成六大类可以直观地反映出各化合物在制麦过程中的出现时间及其变化规律。同时，通过考察不同嗅感物质在制麦过程中含量变化的趋势发现，麦芽干燥、焙焦过程是整个制麦过程中对挥发性嗅感物质影响较大的主要工艺流程。（5）应用变性梯度凝胶电泳技术（PCR-DGGE）对工业制麦过程中的微生物多样性进行了研究。研究结果发现，制麦过程不同工艺阶段的菌群构成差异性较大，而同一工艺阶段、不同时期的微生物群落结构相似度较高。原料大麦的优势微生物菌种为单胞菌属和肠杆菌属两种；浸麦阶段优势菌种同样为单胞菌属和肠杆菌属；发芽阶段菌群构成快速增加，此时的优势菌种为肠杆菌属、奈瑟菌属、欧文氏菌属、克雷伯氏杆菌属；成品麦芽菌群数量最少，此时的优势菌种为肠杆菌属。从整个制麦过程来看，肠杆菌属和欧文氏菌属是制麦过程中的两个最重要菌属，而单胞菌属、肠杆菌属、Sandarakinorhabdus和欧文氏菌属是原料大麦固有的表面微生物，其余菌种均来自于制麦过程中通入的空气。（6）应用固相微萃取-气质联用技术（SPME/GC-MS）分析鉴定了制麦过程中主要外源微生物梨孢镰刀菌、草酸青霉菌、大肠杆菌及克雷伯氏杆菌在不同培养时期所产生的主要挥发性物质。结果发现，3-甲基-1-丁醇、1-辛烯-3-醇、3-辛酮和3-辛醇等8个碳的酮类和醇类物质为上述四种微生物的主要挥发性物质。另外，不同培养阶段、各菌体所产生的挥发性物质不同。培养前期主要以碳链较短的醇酮类化合物为主，而培养后期则以脂肪类及烯烃类等长链分子为主。梨孢镰刀菌对整个麦芽生产链条有重要影响，其自身产生的挥发性物质可以基本覆盖大部分大麦品种所能够鉴定出的挥发性成分，对于原料大麦的贮藏、麦芽生产、以及成品阶段的风味影响很大。（7）制麦过程中外源微生物对麦芽风味的影响主要体现在对麦芽嗅感风味物质含量的影响上，但没有产生新的风味代谢物质。另外，主要微生物均对各嗅感物质的生成产生一定的抑制作用，该抑制作用的产生机制在于：大麦发芽过程中，醛、酮、醇类及部分有机酸类等嗅感物质主要来源于麦芽中酯类的氧化和水解作用，当外源微生物侵入时，制麦过程中各嗅感风味物质的含量是外源微生物与绿麦芽两个生理代谢系统共同作用的结果。在此过程中，一方面微生物分泌出的蛋白酶会对大麦内部脂类相关水解氧化酶系产生一定的水解作用，从而降低了其酶活力；另一方面微生物利用了相关嗅感物质的前体物质进行自身的生长和代谢。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-11
第一章绪论  11-19
  1.1 概述  11-12
  1.2 国内外研究进展  12-16
    1.2.1 酿造大麦的结构特点及化学组成  12-13
    1.2.2 固相微萃取在谷物风味物质分析中的应用  13
    1.2.3 大麦到啤酒生产链条风味研究现状  13-14
    1.2.4 大麦及制麦过程中的微生物  14-15
    1.2.5 微生物对制麦过程及麦芽品质的影响  15-16
  1.3 本论文主要研究内容  16-19
    1.3.1 啤酒生产链条中风味研究存在的问题  16-17
    1.3.2 本论文主要研究内容  17-19
第二章酿造大麦挥发性嗅感风味物质分析  19-31
  2.1 引言  19
  2.2 材料与方法  19-20
    2.2.1 原料  19
    2.2.2 实验仪器  19
    2.2.3 基于固相微萃取和气相色谱质谱联用的嗅感物质分析  19-20
  2.3 结果与讨论  20-29
    2.3.1 酿造大麦嗅感风味物质 GC-MS 分析检测结果  20-22
    2.3.2 醛类化合物对大麦风味的贡献  22-23
    2.3.3 醇类化合物对大麦风味的贡献  23
    2.3.4 酮类及有机酸类化合物对大麦风味的贡献  23-27
    2.3.5 其他类型化合物对大麦风味的贡献  27
    2.3.6 麦皮及胚乳对酿造大麦嗅感风味的贡献  27-29
  2.4 本章小结  29-31
第三章酿造大麦关键嗅感物质的确定及构成特点  31-43
  3.1 引言  31
  3.2 材料与方法  31-32
    3.2.1 原料  31
    3.2.2 实验仪器  31
    3.2.3 气相色谱标准品  31-32
    3.2.4 大麦挥发性嗅感物质的定量检测  32
    3.2.5 气味活度值（OAV）的计算  32
    3.2.6 统计学分析  32
  3.3 结果与讨论  32-42
    3.3.1 酿造大麦嗅感风味物质定量检测结果  32-37
    3.3.2 酿造大麦关键嗅感风味物质的确定  37
    3.3.3 进口酿造大麦品种嗅感风味构成特点分析  37-39
    3.3.4 国产酿造大麦品种嗅感风味构成特点分析  39-41
    3.3.5 进口与国产酿造大麦品种嗅感风味构成特点分析  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章工业制麦过程嗅感物质的分析及其变化规律  43-51
  4.1 引言  43
  4.2 材料与方法  43-44
    4.2.1 原料  43
    4.2.2 实验仪器  43
    4.2.3 制麦过程嗅感物质的定性分析  43-44
  4.3 结果与讨论  44-50
    4.3.1 酿造大麦 Metacalfe 工业制麦过程中挥发性嗅感物质分析  44-47
    4.3.2 酿造大麦 Metacalfe 工业制麦过程中关键嗅感物质变化趋势  47-49
    4.3.3 制麦过程中不同类型嗅感物质总量变化分析  49-50
    4.3.4 原料大麦与成品麦芽嗅感风味物质构成的比较  50
  4.4 本章小结  50-51
第五章工业制麦过程中细菌菌群分析鉴定  51-64
  5.1 引言  51
  5.2 材料与方法  51-55
    5.2.1 原料  51-52
    5.2.2 实验仪器  52
    5.2.3 实验试剂  52-53
    5.2.4 大麦及绿麦芽表面细菌的富集  53
    5.2.5 细菌总 DNA 提取  53
    5.2.6 16S rDNA PCR 扩增  53
    5.2.7 16S rDNA V3 区扩增  53-54
    5.2.8 变性梯度凝胶电泳操作  54
    5.2.9 变性梯度凝胶电泳图谱的多样性及聚类分析  54
    5.2.10 香农指数与均匀度指数的计算  54-55
    5.2.11 系统进化树的构建及同源性分析  55
  5.3 结果与讨论  55-62
    5.3.1 制麦过程中绿麦芽表面细菌总 DNA 提取结果  55-56
    5.3.2 制麦过程中绿麦芽表面细菌 16S rDNA PCR 扩增结果  56
    5.3.3 制麦过程绿麦芽表面细菌 16S rDNA V3 区 PCR 扩增结果  56-57
    5.3.4 变性梯度凝胶电泳结果及细菌种属的确定  57-60
    5.3.5 工业制麦过程中细菌菌群变化分析  60-61
    5.3.6 工业制麦过程中不同工艺阶段细菌多样性分析  61-62
  5.4 本章小结  62-64
第六章外源微生物对制麦过程中麦芽嗅感风味的影响方式  64-76
  6.1 引言  64-65
  6.2 材料与方法  65-66
    6.2.1 原料  65
    6.2.2 菌种  65
    6.2.3 实验仪器  65
    6.2.4 培养基的配制  65
    6.2.5 孢子液的制备  65
    6.2.6 细菌菌悬液的制备  65
    6.2.7 制麦工艺  65-66
    6.2.8 制麦过程嗅感物质的定量分析  66
    6.2.9 梨孢镰刀菌及草酸青霉菌的培养及破碎  66
    6.2.10 大肠杆菌及克雷伯氏杆菌的培养  66
    6.2.11 菌体及菌体内溶物嗅感物质的定性分析  66
  6.3 结果与讨论  66-74
    6.3.1 微生物对制麦过程中麦芽嗅感风味影响方式的确定  66-67
    6.3.2 大肠杆菌菌体挥发性物质分析  67-68
    6.3.3 克雷伯氏杆菌菌体挥发性物质分析  68-70
    6.3.4 草酸青霉菌菌体挥发性物质分析  70-71
    6.3.5 梨孢镰刀菌菌体挥发性物质分析  71-74
  6.4 本章小结  74-76
第七章制麦过程添加外源微生物对绿麦芽嗅感物质含量的影响  76-87
  7.1 引言  76
  7.2 材料与方法  76-77
    7.2.1 原料  76
    7.2.2 菌种  76
    7.2.3 实验仪器  76
    7.2.4 培养基的配制  76
    7.2.5 孢子液的制备  76
    7.2.6 细菌菌悬液的制备  76
    7.2.7 制麦工艺  76-77
    7.2.8 制麦过程嗅感物质的定量分析  77
  7.3 结果与讨论  77-86
    7.3.1 外源微生物对制麦过程中醛类嗅感物质含量的影响  77-79
    7.3.2 外源微生物对制麦过程中醇类嗅感物质含量的影响  79-80
    7.3.3 外源微生物对制麦过程中酮类嗅感物质含量的影响  80-81
    7.3.4 制麦过程中微生物对有机酸类嗅感物质的影响  81-82
    7.3.5 制麦过程中微生物对其他嗅感物质的影响  82-83
    7.3.6 外源微生物对制麦过程中麦芽嗅感风味物质抑制作用的机制分析  83-86
  7.4 本章小结  86-87
主要结论与展望  87-89
  主要结论  87-88
  展望  88-89
论文主要创新点  89-90
致谢  90-91
参考文献  91-97
附录: 作者在攻读博士学位期间发表的论文  97

制麦过程中麦芽风味的产生机制及外源微生物对风味的影响

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