乳酸菌接种发酵对腌制雪菜挥发性风味的影响

陈淑钧,刘亚楠,翁佩芳,吴祖芳*,刘连亮

(宁波大学食品科学与工程学院 浙江宁波 315200)

摘要 以同型发酵的植物乳杆菌(Lp01)和异型发酵的发酵乳杆菌(Lf01)为腌制雪菜发酵菌株,通过16S rDNA 测序和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术分析不同乳酸菌接种发酵(Lp01 单菌、Lf01 单菌及Lp01 复合Lf01)对雪菜细菌群落结构和挥发性风味物质的影响。结果表明:经Lp01 复合Lf01 接种组发酵启动快,在第5 天pH 值即下降到4.05,并且发酵成品感官综合得分显著高于其它组别,为85.40。不同乳酸菌接种对发酵雪菜细菌群落结构的影响显著,其中Lf01 单菌接种组及其复合Lp01 接种组在发酵1 d 时大量繁殖乳酸菌,丰度显著高于其它组别,丰富了微生物多样性。此外,不同乳酸菌接种发酵虽然对雪菜成品的挥发性风味物质总量影响不显著,但在各种具体化合物含量上存在显著差异,其中Lf01单菌接种组及其复合Lp01 接种组的酯类、醇类化合物含量高于Lp01 单菌接种组和自然发酵组。相对气味活性值(ROAV)计算表明,2-甲基丁酸乙酯、β-紫罗酮、大马酮、2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪和二甲基三硫是腌制蔬菜中的关键风味物质。Spearman 相关性分析表明,优势菌属与多种关键风味物质呈正相关关系。结论:Lf01 单菌接种及其复合Lp01 接种在发酵前期能够改善细菌群落结构,且有多种关键风味物质与优势菌属呈相关性。

关键词 雪菜;乳酸菌;细菌群落;高通量测序;气相色谱-质谱联用

雪菜(Brassica juncea var.)属十字花科芸薹属,是芥菜的变种[1]。在我国江浙一带,多采用高盐腌制雪菜,腌制雪菜因具有爽脆口感、浓郁香气而常作为家庭腌菜,深受人们的喜爱。然而,传统的高盐腌制工艺容易使蔬菜原料中的营养成分在脱盐清洗等加工过程中大量流失,并由此产生的腌渍废水会对环境造成污染,不符合可持续发展的需求[2]。腌制雪菜低盐化已逐渐成为工业生产的趋势。然而,仅在腌制工艺上减少用盐量会降低渗透压对有害微生物的抑制作用,使得雪菜成品受到有害微生物的侵染,从而影响食用品质[3]。基于当前对腌制蔬菜工艺的研究,发现接种外源乳酸菌可以使乳酸菌在腌制体系中快速增殖成为优势菌群[4],抑制杂菌的生长。此方法目前得到广泛的认可。

乳酸菌作为日常生活中常见的一种益生菌,能够作为食品或食品补充剂,有效改善人体的健康状态,提高机体免疫力[5]。接种外源乳酸菌不仅能够改变发酵腌制蔬菜体系的细菌群落结构,丰富微生物群落多样性,还能够改善感官品质[6]。此外,将不同乳酸菌复合接种于腌制泡菜,能够显著增加挥发性风味物质含量[7]。本课题组在早期对低盐腌制雪菜发酵前、后期菌群展开研究,发现前期主要优势菌属为肠杆菌属(Enterobacter)和欧文菌属(Erwinia),中、后期主要优势菌属为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)[8]。然而,该研究报道仅围绕自然发酵情况下的微生物群落多样性展开,尚未结合乳酸菌接种技术作进一步的研究。在发酵蔬菜体系中,除植物乳杆菌丰度占优以外,发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)和戊糖乳杆菌(Lactobacillus pentosaceus)同样也是主要的发酵菌群[9]。不同类型的乳酸菌应用于腌制蔬菜的发酵会产生不同的菌落结构和代谢产物[10]。目前,以植物乳杆菌和发酵乳杆菌为发酵菌株应用于发酵蔬菜的研究较少。开展相应乳酸菌接种对发酵蔬菜微生物菌群组成及挥发性风味物质影响的研究具有重要意义。

本研究以雪菜为蔬菜原料,分析不同乳酸菌接种发酵下腌制雪菜pH 值、总酸等理化指标随发酵进程的动态变化,结合16S rDNA 测序分析和GC-MS 技术分析腌制雪菜的细菌群落结构、多样性和挥发性风味物质,为乳酸菌发酵腌制雪菜的实际应用和工业化生产提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

雪菜购于宁波本地市场;植物乳杆菌01(Lp01)、发酵乳杆菌01(Lf01)保存于宁波大学食品生物技术实验室。

MRS 肉汤培养基,杭州微生物试剂有限公司;琼脂粉,大连美仑生物技术有限公司;吐温-80、氯化钠、酚酞、氢氧化钠均为分析纯级,国药化学试剂有限公司。

MagPure Soil DNA LQ Kit(DNA 抽提试剂盒,Cat.No.D6356-02),广州美基生物科技有限公司;Tks Gflex DNA Polymerase 酶试剂盒(Takara,Cat.No.R060B),上海金畔生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

7890B-7000C 气相色谱-质谱联用仪,美国安捷伦科技有限公司;SW-CJ-2D 型超净工作台,苏州净化设备有限公司;LD2F-50L-Ⅱ型立式高压蒸汽灭菌器,上海申安医疗器械厂;5804R 型高速大容量冷冻离心机,德国Eppendorf 公司;PHS-3C型pH 计,上海圣科仪器设备有限公司;泡菜坛(4 L),宁波本地市场。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理 雪菜的腌制方法如下:新鲜雪菜修整→称重→(加入质量分数5%食盐)入坛脱水→翻缸→分坛(接种)→压实,按体积分数2%分别接种Lp01 单菌、Lf01 单菌和复合菌(Lp01 与Lf01 体积比1∶1),在室温条件下进行发酵,发酵时间为25 d。综上共分为4 组,每组设置3 平行重复组,根据接种菌种分别命名为Lp01、Lf01、Lp01_Lf01 和自然发酵(CK)。将发酵第0,1,5,15,25 天的腌制雪菜作为研究对象,采集所得样品冻藏于-80 ℃冰箱备用。

1.3.2 pH 值及总酸含量的测定 使用PHS-3C型pH 计直接测定腌制雪菜的pH 值;参照《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》(GB 12456-2021)中的酸碱指示剂滴定法测定腌制雪菜的总酸(以乳酸计)含量。

1.3.3 感官评定方法 选取5 名有食品感官评定经验的人员参与腌制雪菜成品的感官评定。参考《酱腌菜》(SB/T 10439-2007)中感官特性规定设计的感官评分标准表(表1),分别从色泽、香气、滋味、体态及质地这5 项进行打分,每项最高得分20 分(满分100 分),综合得分即为5 项分数之和。

表1 腌制雪菜感官评分标准
Table 1 Sensory scoring criteria for pickled potherb mustard

1.3.4 宏基因组文库的提取 采用MagPure Soil DNA LQ Kit 试剂盒对腌制雪菜样品的基因组DNA 进行提取,之后利用琼脂糖凝胶电泳和NanoDrop2000 检测DNA 的浓度。以基因组DNA 为模板,根据测序区域的选择,使用带barcode 的特异引物,Tks Gflex DNA Polymerase 试剂盒 进行PCR,确保扩增效率和准确性。

1.3.5 PCR 扩增及16S rDNA 测序 送样至上海欧易生物医学科技有限公司进行测序。采用细菌16S rDNA 的V3-V4 区域作为目标DNA 序列进行PCR 扩 增。以前端引物343F(5’-TACGGRAGGCAGCAG-3’)和后端引物798R(5’-AGGGTATCTAATCCT-3’)为基础,对各发酵时期腌制雪菜中细菌的16S rDNA 的V3-V4 区域进行扩增后,在Illumina-HiSeq 平台上进行高通量测序。

1.3.6 顶空固相微萃取-气质联用

1.3.6.1 色谱柱 DB-WAXETR,30 m×0.250 mm×0.25 μm,美国安捷伦科技有限公司。

1.3.6.2 萃取条件 采用50/30 μm DVB/CAR on PDMS 萃取头,萃取温度:60 ℃,萃取时间:20 min。

1.3.6.3 GC 条件 进样采用不分流模式,柱温箱起始温度35 ℃保持2 min,以15 ℃/min,升温至125 ℃保持1 min,以2 ℃/min,升温至200 ℃保持12 min。载气(He)为高纯氦气,流速为1.6 mL/min;进样口温度210 ℃。

1.3.6.4 MS 条件(EI)离子源 电子能量70 eV;离子源温度为230 ℃;扫描质量范围m/z 40~400。

1.3.7 关键风味物质的确定 参照刘登勇等[11]的方法计算各挥发性风味物质的ROAV 值。将风味贡献最大物质的ROAV 定义为100,其余物质的ROAV 值如式计算。

式中:C 与T 分别为挥发性风味物质的相对含量和感觉阈值(μg/kg);Cstan 与Tstan 分别为风味贡献最大挥发性风味物质相对含量和感觉阈值(μg/kg)。

1.4 数据统计分析

使用基迪奥生物(Gene Denovo)工具绘制PCA 主成分分析图及相关性热图;使用Origin 2022 做ANOVA 分析并绘制散点图和堆积图;使用图图云平台处理alpha 多样性指数并绘制稀释曲线及箱型图。

2 结果与分析

2.1 不同乳酸菌接种发酵对腌制雪菜品质的影响

2.1.1 不同乳酸菌接种发酵对腌制雪菜理化品质的影响 pH 值和总酸是评价腌制蔬菜理化品质的重要指标[12]。分析不同乳酸菌接种发酵下腌制雪菜的pH 值及总酸含量随发酵进程的变化趋势,其结果如图1 所示。从图1a 可以看出,腌制雪菜pH 值总体呈现下降趋势,其中在发酵第1~5天即有明显下降,显著低于起始数值,说明雪菜发酵已快速启动;在发酵第5~15 天下降趋势虽然减缓,但仍有明显下降;在发酵第15~25 天趋于平缓,说明雪菜发酵已基本定型[13]。结合不同乳酸菌接种发酵下腌制雪菜总酸含量(图1b),发现Lf01单菌接种组和其复合Lp01 接种组的发酵速度明显快于Lp01 单菌接种组。在发酵第5 天,经Lp01_Lf01 复合菌接种的腌制雪菜pH 值即下降到4.05,总酸为0.93 g/100 g;Lf01 单菌接种的腌制雪菜pH 值下降到4.16,总酸为0.99 g/100 g;Lp01 单菌接种的接种的腌制雪菜pH 值则下降到4.24,总酸为0.87 g/100 g;自然发酵组(CK)的pH值为4.46,显著高于其它组别(P<0.05),总酸为0.77 g/100 g。在发酵第15 天后,各组别腌制雪菜的pH 值差异较小,而总酸含量变化明显,Lf01 单菌接种组最高(1.30 g/100 g),Lp01 单菌接种组次之(1.17 g/100 g)并超过Lp01_Lf01 复合菌接种组(1.10 g/100 g)。自然发酵组(CK)的总酸含量在发酵第15 天达到1.01 g/100 g、第25 天达到1.36 g/100 g,整个发酵过程均未超出《泡菜》(SB/T 10756-2012)中规定的1.50 g/100 g 标准。

图1 不同乳酸菌接种发酵对腌制雪菜pH 值及总酸含量的影响
Fig. 1 Effects of different lactic acid bacteria inoculation and fermentation on the pH value and total acid content of pickled potherb mustard

外源乳酸菌的接种,使得乳酸菌在蔬菜发酵的早期快速繁殖为优势菌群,从而快速启动蔬菜的发酵[14]。使用不同种类的乳酸菌进行接种发酵,会对发酵蔬菜中的代谢产物类型及浓度产生极大的影响[15]。在自然发酵泡菜中主要产酸的菌株是植物乳杆菌、发酵乳杆菌和嗜酸乳杆菌(L.acidophilus),并且植物乳杆菌在发酵中后期起主要作用[16]。植物乳杆菌和发酵乳杆菌分别是典型的同型乳酸发酵菌株和异型乳酸发酵菌株,异型乳酸发酵菌株在发酵蔬菜早期酸化的速度快于同型乳酸发酵菌株[17]。因此,Lf01 单菌接种和其复合Lp01 接种的腌制雪菜pH 值下降更快,并且在发酵前期累计总酸含量更多。

2.1.2 不同乳酸菌接种发酵对腌制雪菜感官品质的影响 对不同乳酸菌接种发酵下的腌制雪菜成品进行感官评定,各组综合评价及得分如表2 所示。参照《泡菜》(SB/T 10756-2012),各组腌制雪菜成品基本符合该标准中对感官品质的要求。乳酸菌接种组的感官品质明显优于自然发酵组,主要体现在色泽方面菜体各部分具有相应颜色,菜杆部分呈现明黄色;在滋味方面,入口无刺激感,酸味更为明显;在体态方面,菜体饱满无皱缩,说明接种外源乳酸菌能有效改善腌制发酵蔬菜的感官品质[7]。此外,经Lp01_Lf01 复合菌接种的腌制雪菜成品感官优于单菌接种组,主要体现在色泽方面相较更有光泽;在香气方面更为浓郁,说明混合发酵能够有效改善产品的感官特性[6],这为发酵蔬菜工艺的优化提供了新的思路。

表2 腌制雪菜的感官综合得分表
Table 2 Sensory comprehensive score table of pickled potherb mustard

注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05),下同。

2.2 不同乳酸菌接种发酵下腌制雪菜的微生物多样性分析

2.2.1 腌制雪菜Alpha 多样性分析 对不同乳酸菌接种发酵下的腌制雪菜进行细菌16S rDNA 微生物多样性测序,经过质控且去除嵌合体后得到valid tags(即最终用于分析的数据),数据量分布在31 217~57 795 之间,各样本扩增子序列变异(Amplicon sequence variant,ASV)个数分布在73~491 之间。基于ASV 的Shannon 指数稀释曲线的结果如图2 所示,随着测序量的逐渐增加,稀释曲线趋于平缓达到平台期,更多的随机抽样深度仅产生少量新的ASV,说明各样本的测序数据量合理,且已覆盖该样本微生物体系内所有类群[18]

图2 基于ASV 的Shannon 指数稀释曲线
Fig. 2 Dilution curves of Shannon index based on ASV

由图3 可知,在发酵启动(第1 天)时,腌制雪菜的Shannon 指数大小顺序为Lf01 单菌接种组(3.64±0.07)>Lp01 单菌接种组(3.24±0.04)>Lp01_Lf01 组(1.91±0.06)>自然发酵组(1.47±0.06),提示通过接种外源乳酸菌,丰富了腌制雪菜中微生物的多样性。这是因为接种的外源乳酸菌会与原材料自身所携带的微生物群落建立竞争或合作的关系,从而产生腌制发酵体系中的优势菌群[19]。Lp01_Lf01 接种的腌制雪菜中微生物多样性明显低于单菌接种组,可能是因为乳酸菌大量繁殖产酸,使得体系酸度上升,从而抑制了部分不适应酸环境的菌的生长[20]。随着发酵的进行,在发酵结束(第25 天)时,腌制雪菜的Shannon 指数大小顺序为自然发酵组(3.78±0.04)>Lf01 单菌接种组(3.63±0.12)>Lp01_Lf01 组(3.52±0.07)>Lp01 单菌接种组(3.47±0.02),各组别之间呈现显著差异(P<0.05)。与发酵启动时(第1 天)相比,除Lf01 单菌接种组外,其余组别的微生物多样性均有显著上升(P<0.05)。这可能是因为在优势菌群确定之后,腌制发酵蔬菜微生物体系基本不发生变化[21];接种外源乳酸菌的组别菌群优势明显,并且乳酸菌具有抑菌特性[22-23],从而使得体系微生物多样性较自然发酵低。

图3 发酵第1 天和第25 天的腌制雪菜Shannon 指数
Fig. 3 Shannon index of pickled potherb mustard on the first and 25th day of fermentation

2.2.2 腌制雪菜微生物群落结构分析 根据腌制雪菜理化指标变化趋势,选取发酵启动(第1 天)和发酵结束(第25 天)2 个时间点,在属水平上分析不同乳酸菌接种发酵下腌制雪菜的TOP10 细菌群落结构分布,其结果如图4 所示。在发酵的前、后期,腌制雪菜中各菌属的丰度发生了明显变化[24]。其中乳杆菌属(Lactobacillus)、普雷沃菌属(Prevotella)、片球菌属(Pediococcus)、Clade_III 丰度随着发酵进行显著上升(P<0.05),弧菌属(Vibrio)、果胶杆菌属(Pectobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)、欧文氏菌属(Erwinia)则显著下降(P<0.05);魏斯氏菌属(Weissella)在不同组别变化趋势不同。Liang 等[25]同样在腌制蔬菜发酵过程中检测到乳酸杆菌属、片球菌属、弧菌属、魏斯氏菌属等9 个菌属,其中乳酸杆菌属的相对丰度有明显的增加。普雷沃菌属是人类口腔和肠道中的重要微生物之一[26],通常被认为是有益菌,可以利用来自膳食植物的多糖组,与新陈代谢有密切的关系[27]。魏斯氏菌属[28]、片球菌属[29]、Clade_III[30]均具有良好的发酵产酸能力,Song 等[31]将片球菌与植物乳杆菌复合应用于提升酸菜品质。弧菌属、果胶杆菌属、假单胞菌属、肠杆菌属、欧文氏菌属等通常被认为是造成腌制发酵蔬菜腐败的菌属或致病菌[32],其丰度下降有助于品质的保证。

图4 属水平上的TOP10 物种丰度图
Fig. 4 Abundance maps of the TOP10 species at the genus level

在发酵启动(第1 天)时,经Lf01 单菌接种和其复合Lp01 接种的腌制雪菜中的乳杆菌属丰度分别为38.36%和28.78%,明显高于Lp01 单菌接种组(6.68%),说明其大量繁殖使自身成为优势菌群,快速启动腌制蔬菜的发酵,即在发酵蔬菜的早期,异型乳酸发酵菌株在物种丰度上占据优势[33]。自然发酵组(CK)中弧菌属丰度占比高达80.84%,而乳杆菌属丰度仅为5.74%,主要来源于原材料自身携带的微生物群落[34]。在发酵结束(第25 天)时,经Lp01_Lf01 接种的腌制雪菜中乳杆菌属丰度与其它组相比最高,为65.89%(P<0.05),而弧菌属、果胶杆菌属、假单胞菌属、肠杆菌属丰度均最低(P<0.05),说明复合接种能有效地抑制腐败菌或致病菌的生长。Lp01 单菌接种组乳杆菌属丰度为62.38%,高于Lf01 单菌接种组(60.39%),说明在发酵后期Lp01 占据优势,与前文结果一致,植物乳杆菌主导后期的蔬菜发酵。比较发酵起、止2个时间点,魏斯氏菌属在Lf01 单菌接种和其复合Lp01 接种组丰度下降,在Lp01 单菌接种组和自然发酵组(CK)丰度上升,这可能是因为蔬菜发酵初期优势乳杆菌属的繁殖产酸,为其提供了一个适合的生长环境[35];而Lp01 单菌接种组和自然发酵组(CK)的酸度上升较慢。

2.3 不同乳酸菌接种发酵下腌制雪菜的挥发性风味物质分析

对不同乳酸菌接种发酵下发酵结束(第25天)时的腌制雪菜挥发性风味物质进行PCA 分析,结果如图5 所示,共有78.4%累计差异被描述,其中主成分1 的贡献率为57.6%、主成分2 的贡献率为20.8%;各组分布在不同区域,说明腌制雪菜的挥发性风味物质受乳酸菌接种条件影响,存在较大差异[36]

图5 不同乳酸菌接种发酵下腌制雪菜挥发性风味物质PCA 图
Fig. 5 PCA diagram of volatile flavor compounds in pickled potherb mustard under different lactic acid bacteria inoculation and fermentation

如表3 所示,通过对不同乳酸菌接种发酵下腌制雪菜挥发性风味物质进行筛选,共得到82 种与产品风味形成可能相关的化合物,其中Lp01 单菌接种组50 种(含11 种酯、7 种醇、7 种醛、6 种酸、7 种酮、1 种烯烃、1 种醚、4 种酚、3 种杂环和3种其它物质),峰面积占比(79.32±4.04)%;Lf01 单菌接种组49 种(含15 种酯、8 种醇、6 种醛、3 种酸、4 种酮、1 种烯烃、3 种醚、4 种酚、4 种杂环和4种其它物质),峰面积占比(79.62±1.80)%;Lp01_Lf01 接种组44 种(含11 种酯、9 种醇、6 种醛、3 种酸、4 种酮、1 种烯烃、1 种醚、3 种酚、5 种杂环和1 种其它物质),峰面积占比(84.36±1.38)%;自然发酵(CK)组51 种(含17 种酯、8 种醇、5 种醛、5 种酸、5 种酮、1 种烯烃、4 种酚、3 种杂环和3 种其它物质),峰面积占比(81.77±2.86)%。

通过ANOVA 单因素方差分析,不同乳酸菌接种发酵虽然对腌制雪菜与风味相关的挥发性风味物质总量影响不明显(P>0.05),但对各类化合物的含量影响明显。不同接种组的酯类、醛类、酸类、酮类、烯烃类、酚类、杂环类和其它类化合物含量存在显著差异(P<0.05),醇类与醚类化合物含量差异则不显著(P>0.05)。乳酸菌接种组与自然发酵组(CK)在酯类、醛类、酚类、其它类化合物存在显著差异,其中醛类化合物含量显著上升、酚类化合物显著下降,说明接种外源乳酸菌能够对腌制发酵蔬菜产品的风味产生一定的影响[37]。对乳酸菌接种组组内进行比较,Lf01 单菌接种组及其复合Lp01 接种组的酯类(P<0.05)、醇类、杂环类(P<0.05)化合物含量高于Lp01 单菌接种组,酸类、烯烃类、其它类化合物含量则低于Lp01 单菌接种组;对比Lf01 单菌接种组及其复合Lp01 接种组,Lp01_Lf01 接种组的酮类、酚类和其它类化合物含量均显著高于Lf01 单菌接种组(P<0.05)。综上,说明复合菌接种能够有效提高腌制发酵蔬菜的风味[15]

酯类化合物中,Lf01 单菌接种组及其复合Lp01 接种组中顺式-3-己烯醇乳酸酯(果香)、2-甲基丁酸乙酯(苹果香)含量显著高于其它组别(P<0.05);Lp01_Lf01 接种组中检出较高含量(>1%)的氨茴酸甲酯(橙花果香)。醇类化合物中,苯乙醇(花香)在所有组别中被检出,且Lf01 单菌接种组及其复合Lp01 接种组中含量显著高于其它组别(P<0.05)。醛类化合物阈值较低,对腌制发酵蔬菜的风味有较大的影响[38],苯甲醛(杏仁香)虽然在所有组别中被检出,但未呈现显著差异(P>0.05)。酸类化合物中,Lp01_Lf01 接种组含量显著低于其它组别(P<0.05),这可能是因为其乳酸菌含量较高,在代谢过程中较多产生短链脂肪酸[39]。酚类化合物和杂环类化合物在各组中占比均处于前列,其中4-乙基苯酚[40](木香)、4-甲基噻唑(坚果、青菜香)含量显著高于其它挥发性风味物质(P<0.05)。

挥发性风味物质对于发酵腌制蔬菜风味特征贡献的大小主要由其相对含量和感觉阈值决定。对于查询到香气阈值的30 种挥发性风味物质计算ROAV 值,其中ROAV≥1 为关键风味物质,0.1≤ROAV<1 为修饰风味物质[11]。如表4 所示,在各组腌制雪菜中,共有6 种关键风味物质,分别为2-甲基丁酸乙酯(苹果香)、β-紫罗酮(紫罗兰香)、大马酮(花香)、2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪(蔬菜香、坚果香)和二甲基三硫(油菜类蔬菜香),其中在Lf01 单菌接种组有5 种ROAV>10 的风味物质;在其余组别均有4 种。此外,在Lp01 单菌接种组有2 种修饰风味物质,癸醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛等主要提供甜香、花果和油脂香;在Lf01 单菌接种组有3 种,苯乙醛等主要提供风信子香气,稀释后具有水果甜香;在自然发酵组(CK)有1 种,1-辛烯-3-醇等主要提供蘑菇、玫瑰和干草香。

表4 腌制雪菜挥发性风味物质的ROAV 值
Table 4 ROAV of volatile flavor substances of pickled potherb mustard

注:本表序号与表3 序号一致;“—”表示未检出。

2.4 腌制雪菜的细菌群落与挥发性风味物质相关性分析

对不同乳酸菌接种发酵下第25 天时的腌制雪菜的优势细菌群落与重要挥发性风味物质做相关性分析,基于Spearman 系数的相关性热图如图6 所示。在相对丰度>1%的菌属中,乳杆菌属相对丰度与芳樟醇、大马酮、十二醛、二甲基三硫及癸醛含量呈现正相关关系,其中与芳樟醇呈现极显著正相关性(P<0.001);而与2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪、1-辛烯-3-醇、(E,E)-2,4-壬二烯醛及β-紫罗酮等呈现负相关性。魏斯氏菌属、普雷沃菌属对风味贡献作用基本一致,与1-辛烯-3-醇、β-紫罗酮、4-乙基-2-甲氧基苯酚和二甲基三硫呈现负相关性,而与其它风味物质呈现正相关性。片球菌属与癸醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、大马酮、苯乙醛和二甲基三硫呈现正相关性,而与芳樟醇、2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪、2-甲基丁酸乙酯、4-乙基-2-甲氧基苯酚及十二醛呈现负相关性。Clade_III 与2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪、2-甲基丁酸乙酯、苯乙醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛及十二醛呈现正相关性。在相对丰度<1%的菌属中,假单胞菌属和(E,E)-2,4-壬二烯醛呈现极显著正相关性(P<0.001),弧菌属、果胶杆菌属、肠杆菌属及欧文氏菌属均与风味物质有相关性,说明它们对腌制雪菜风味的形成具有潜在的影响。微生物之间能够相互作用,从而对风味物质产生影响,不同菌属也可能会与同一风味物质有关[42]

图6 腌制雪菜的细菌群落与挥发性风味物质相关性热图
Fig. 6 Heatmap of correlation between bacterial community structure and volatile flavor compounds of pickled potherb mustard

注“***”表示极显著正相关性(P<0.001)。

3 结论

不同乳酸菌接种发酵对腌制雪菜品质、微生物多样性及挥发性风味物质组成有明显的影响。经异型乳酸发酵的Lf01 单菌接种组及其复合Lp01 接种组中的乳杆菌属能够在发酵前期快速繁殖,从而大量产酸使得发酵体系的pH 值迅速下降并增加总酸含量。同型乳酸发酵的Lp01 单菌接种组中的乳杆菌属在发酵后期增殖明显,在发酵结束时其丰度高于Lf01 单菌接种组。在发酵结束时,由于乳酸菌接种组中的乳杆菌属大量繁殖成为优势菌群,抑制了致病菌等的生长,使得腌制雪菜体系中的微生物多样性指数低于自然发酵组。同时,Lp01 复合Lf01 接种能够有效增加腌制雪菜中的挥发性风味物质含量,在感官上香气更为浓郁。2-甲基丁酸乙酯、β-紫罗酮、大马酮、2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪和二甲基三硫是腌制蔬菜中的主要风味物质,主要提供果香、花香及蔬菜香等。乳杆菌属、魏斯氏菌属、普雷沃菌属及片球菌属与多种重要风味物质呈现正相关关系,优势菌属能够对腌制雪菜风味的形成产生一定的影响。本研究主要针对不同乳酸菌接种条件下腌制雪菜的微生物多样性及挥发性风味物质组成展开,后续可对不同乳酸菌接种量等的影响做进一步深入研究。

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Effects of Lactic Acid Bacteria Inoculation and Fermentation on Volatile Flavor of Pickled Potherb Mustard

Chen Shujun,Liu Yanan,Weng Peifang,Wu Zufang*,Liu Lianliang
(College of Food Science and Engineering,Ningbo University,Ningbo 315200,Zhejiang)

Abstract Using the Lactobacillus plantarum 01(Lp01)and Lactobacillus fermentatum 01(Lf01)as the fermentation strain of pickled potherb mustard,the effects of different lactic acid bacteria inoculation conditions(Lp01 single bacteria,Lf01 single bacteria and Lp01 complex Lf01)on bacterial community structure and volatile flavor compounds of pickled potherb mustard were studied by 16S rDNA sequencing and headspace solid phase microextraction combined with GC.The results showed that the group inoculated with Lp01 combined with Lf01 started quickly,the pH dropped to 4.05 on day5,and the sensory synthesis score of pickled potherb mustard was significantly higher than that of other groups(85.40).Different lactic acid bacteria inoculation had significant effects on the bacterial community structure changes before and after fermentation.The Lf01 single bacteria inoculation group and its complex Lp01 inoculation group immediately multiplied lactic acid bacteria after fermentation for 1 day,and the abundance was significantly higher than other groups,which enriched the microbial diversity.In addition,different lactic acid bacteria inoculation had no significant effect on the total amount of volatile flavor compounds,but the contents of different types of compounds were significant-ly different.The contents of esters and alcohols in Lf01 single bacteria inoculation group and its compound Lp01 inoculation group were higher than those in Lp01 single bacteria inoculation group and natural fermentation group.ROAV showed that ethyl 2-methylbutyrate,β-lonone,damascenone,2-methoxy-3-sec-butyl pyrazine and dimethyl trisulfide were the key flavor substances in pickled potherb mustard.Spearman correlation analysis showed that dominant bacteria were positively correlated with many key flavor substances.In conclusion,the single Lf01 inoculation and its complex Lp01 inoculation could improve the bacterial community structure in the early fermentation stage,and many key flavor substances were correlated with the dominant strains.

Keywords potherb mustard;lactic acid bacteria;bacterial community;high-throughput DNA sequencing;gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

文章编号 1009-7848(2024)11-0310-15

DOI:10.16429/j.1009-7848.2024.11.029

收稿日期:2023-11-21

基金项目:宁波市重点研发计划项目(2022Z176)

第一作者: 陈淑钧,女,硕士生

通信作者:吴祖芳 E-mail:wzfwpf@163.com