传统食品中微生物群落结构与品质关系的探索

传统食品中微生物群落结构与品质关系的探索

钟燕华

精益和泰质量检测股份有限公司  510700

摘要：本文综合论述了传统食品的微生物群落结构对食品品质的影响及其调控技术的应用。首先介绍了传统食品中常见的微生物种类及其功能，以及微生物群落结构的影响因素和研究方法。接着阐述了微生物群落与传统食品品质之间的关联，包括发酵产物形成、糖化和蛋白质降解、抑制有害菌生长和营养价值等方面。然后探讨了微生物调控技术在传统食品中的应用，包括调整微生物群落结构、应用益生菌和发酵剂，以及基因工程技术优化微生物群落结构等方法。最后指出了传统食品微生物群落结构研究的挑战与未来发展方向。

关键词：传统食品；微生物群落结构；食品品质；微生物调控；高通量测序

引言

传统食品作为各国文化遗产的重要组成部分，具有丰富的口味、独特的风味和良好的营养。微生物在传统食品制作过程中起着至关重要的作用，它们通过发酵、糖化、蛋白质降解等代谢过程，产生有机酸、风味物质和保质期延长等特性。微生物群落结构是传统食品中微生物种类和数量的组合，直接影响着食品的品质、味道和安全性。因此，深入研究传统食品的微生物群落结构及其与食品品质之间的关系，对于优化传统食品制作工艺、提高食品品质具有重要意义。

一、传统食品的微生物群落结构

传统食品的微生物群落结构是指在传统食品中存在的各种微生物种类以及它们的数量和相互关系。微生物在食品制作过程中起着重要的作用，可以影响食品的品质、味道和安全性[1]。

（一）传统食品中常见的微生物种类及其功能

1. 酵母菌：酵母菌是发酵食品中常见的微生物，在发酵过程中可以产生二氧化碳和醇类物质，使食品具有发酵的特殊香味和口感。

2. 乳酸菌：乳酸菌是制作乳制品和蔬菜酸菜时常见的微生物，可以产生乳酸，降低食品的pH值，起到保质、抑制其他有害微生物生长的作用。

3. 真菌：真菌包括霉菌和酵母菌，有些真菌可以产生特殊的风味物质，如干酪中的青霉素菌，发酵肉制品中的毛霉等。

（二）微生物群落结构的影响因素

1. 原料：不同的原料中含有不同的微生物，原料的种类和质量会对微生物群落结构产生影响。

2. 制作工艺：食品的制作过程包括发酵、腌制、烘烤等环节，这些步骤会对微生物的生长和存活环境产生影响，从而塑造微生物群落结构。

3. 环境：食品制作过程中的环境条件，如温度、湿度、氧气含量等，对微生物的生长和繁殖有一定影响。

（三）技术手段和方法

1. 高通量测序：高通量测序技术可以对食品中的微生物进行全面的检测和鉴定，可以获得微生物的种类及其数量信息，帮助科学家了解微生物群落结构的构成。

2. PCR：聚合酶链式反应（PCR）可以通过扩增微生物DNA或RNA的特定片段，从而检测微生物的存在和数量。

二、微生物群落结构与传统食品品质的关系

（一）微生物群落对传统食品品质的影响

1. 发酵产物形成：微生物在传统食品的制作过程中参与发酵过程，产生有益的发酵产物，如乳酸、醋酸、酒精等，这些产物赋予传统食品特殊的风味和口感。

2. 糖化、蛋白质降解和食品成熟度：微生物可分解传统食品中的多糖、脂肪、蛋白质等，促进食材的降解和成熟过程，同时产生多种风味物质，增加食品的风味和口感。

3. 抑制有害菌生长：一些乳酸菌和酵母菌能产生有机酸、抗菌物质等，抑制有害菌的生长，保持食品的安全性和稳定性。

4. 营养价值：微生物参与食材分解和转化，产生一些维生素、酶和活性成分，提高传统食品的营养价值[2]。

（二）微生物群落结构与传统食品品质的关联

1. 物种多样性：传统食品中微生物物种的丰富度和多样性与食品品质密切相关。多样性的微生物群落可提供更多的代谢功能，产生更多的风味物质和食品特性。

2. 优势菌种：特定的微生物菌种在传统食品中起到关键作用，如酒精发酵中的酵母菌、乳酸菌发酵中的乳酸菌等。这些优势菌种的存在和相对丰度会直接影响传统食品的品质。

3. 基因功能：微生物群落的基因功能与传统食品的品质相关，不同的基因功能可以导致不同的风味物质产生，影响传统食品的口感和香气。

（三）探索传统食品中微生物群落结构与品质关系的方法

1. 高通量测序技术：通过对传统食品样品进行微生物DNA或RNA的高通量测序，可以获得微生物群落结构的详细信息，从而了解微生物种类和相对丰度的变化。

2. PCR技术：通过特定引物和PCR扩增方法，可以选择性地放大特定微生物的DNA或RNA序列，进一步分析其在传统食品中的存在和相对丰度。

3. 环境监测和处理：传统食品的制作过程中，环境条件对微生物群落结构和品质有着重要影响。监测和调控传统食品生产环境的温度、湿度、氧气含量等参数，可以优化微生物群落结构，提高传统食品的品质。

三、微生物调控技术在传统食品中的应用

（一）利用微生物调整传统食品中的微生物群落结构

1. 目标菌种培养：通过培养和筛选优良的微生物菌种，可以有选择地引入或增加特定菌种或菌群到传统食品中，以调整微生物群落结构。这些菌种可能具有特殊的代谢能力，能够产生特定的风味物质或改善食品的品质特性。

2. 菌群替代：利用微生物的竞争机制，通过引入特定的优势菌种或调节微生物环境条件，可以实现菌群替代，降低不利微生物的相对丰度，优化传统食品的微生物群落结构。

（二）应用益生菌、发酵剂等调节食品品质和稳定性

1. 益生菌应用：益生菌如乳酸菌和双歧杆菌等可以被添加到传统食品中，通过其代谢产物乳酸、醋酸等的生成，调节食品的pH值和抑制有害微生物的生长，提高食品的品质和安全性。

2. 发酵剂应用：选用有特定酶活性的发酵剂，可以促进传统食品中的糖化、蛋白质降解、风味物质生成等过程，改善传统食品的风味和口感。这些发酵剂可能是纯化的酶，也可能是含有特定功能菌种的发酵剂。

（三）利用基因工程技术优化微生物群落结构

1. 基因编辑：通过基因编辑技术，可以实现对微生物菌种基因组的修改和优化，使其产生更有益的酶、代谢物或抗菌物质，以改善传统食品的品质和功能特性。

2. 基因组替代：基因组替代技术可以将目标微生物菌种的基因组部分或全部替换为其它有益菌种的基因组，以获得更理想的代谢能力和品质特性。

3. 基因调控：通过对微生物菌种的基因表达调控，可以调整微生物的代谢途径，增加目标产物的产量或调节传统食品中的微生物群落结构。

四、挑战与展望

四、挑战与展望

（一）传统食品中微生物群落结构研究的挑战：

1. 复杂性：传统食品中的微生物群落非常复杂，包含大量种类的微生物，并且相互之间存在复杂的相互作用关系，研究其群落结构和功能仍然面临很大的挑战。

2. 数据解读：高通量测序等技术产生的大规模数据需要有效的数据处理和解读方法，以识别微生物群落结构与品质相关性之间的关联，需要进一步发展适用的数据分析工具和算法[3]。

（二）未来发展方向：

1. 精准调控微生物群落：通过深入了解不同微生物菌种的功能和相互关系，发展精准的微生物调控技术，实现对传统食品微生物群落结构的精准调控，以获得更理想的食品品质和特性。

2. 利用新的微生物资源：探索和开发新的微生物资源，如极端环境中的微生物、微生物多样性较高的地区的传统食品微生物等，以丰富传统食品的微生物资源库，为传统食品发展带来新的可能性。

五、结论

传统食品的微生物群落结构对其品质和口感有着重要影响。酵母菌、乳酸菌和真菌是传统食品中常见的微生物种类，它们通过发酵、降低pH值、产生风味物质和抑制有害菌等功能，影响传统食品的发酵过程、品质和安全性。微生物群落结构受原料、制作工艺和环境等因素影响，可以通过高通量测序和PCR等技术手段进行研究和分析。了解微生物群落结构与传统食品品质的关系有助于优化传统食品生产和质量控制。

参考文献：

[1]杨路, 张留凯. 传统食品中的微生物群落结构及其影响因素[J]. 食品安全质量检测学报, 2018, 9(4): 1206-1212.

[2]王秀华, 于淑惠, 于秋红, 等. 食品安全中微生物群落研究方法[J]. 食品科学, 2016, 37(11): 340-346.

杨蕾, 张婷婷, 董雅甜, 等. 微生物群落高通量测序技术及其在食品领域的应用[J]. 食品与生物技术学报, 2020, 39(2): 215-221.

作者简介：

钟燕华，性别：女，出生年月：1991年8月，籍贯：广东省汕尾市，学历：大专，研究方向：食品质量，职称：助理工程师，

工作单位：精益和泰质量检测股份有限公司

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