發(fā)酵豆制品基本生產(chǎn)工藝、微生物區(qū)系和風(fēng)味的研究進(jìn)展
大豆（Glycine max（L.）Merrill）是我國(guó)重要的重要作物之一，具有優(yōu)良的產(chǎn)量和豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，包括蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、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?fàn)I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(chǔ)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(zhì)量和生物活性成分，并減少抗?fàn)I養(yǎng)因子。在中國(guó)，常見(jiàn)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值高外，還具有獨(dú)特的風(fēng)味和口感。
研究表明，發(fā)酵豆制品其中獨(dú)特的氣味和風(fēng)味口感與各種微生物在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的酶作用下分解得到的糖、有機(jī)酸、脂肪酸、氨基酸和肽密切相關(guān)。發(fā)酵大豆食品中的揮發(fā)性化合物極其復(fù)雜，因?yàn)椴煌脑稀⒓庸し椒ê途昕梢援a(chǎn)生多種風(fēng)味物質(zhì)。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(shì)菌種來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵，發(fā)酵系統(tǒng)中微生物種類繁多，菌群結(jié)構(gòu)演變復(fù)雜，代謝途徑多樣。因此，弄清相關(guān)微生物在發(fā)酵過(guò)程中的作用及其與風(fēng)味的關(guān)系，對(duì)于發(fā)掘潛在的風(fēng)味功能菌群，控制發(fā)酵豆制品的風(fēng)味品質(zhì)具有重要意義。
目前，人們對(duì)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(jìn)行了大量研究，對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵醬油及其風(fēng)味物質(zhì)的風(fēng)味物質(zhì)提取方法研究相對(duì)成熟，這對(duì)風(fēng)味形成機(jī)理的探索和風(fēng)味功能菌群的挖掘具有重要意義。然而，目前關(guān)于我國(guó)發(fā)酵豆制品微生物群和風(fēng)味特征的系統(tǒng)綜述較少。因此，本文綜述了國(guó)內(nèi)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(jié)了近年來(lái)這些豆制品的微生物區(qū)系和風(fēng)味的研究進(jìn)展，并對(duì)未來(lái)發(fā)酵豆制品微生物區(qū)系和風(fēng)味的研究前景進(jìn)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(guò)程中，不同地區(qū)的使用原料、工序和習(xí)慣不同，導(dǎo)致微生物的菌群結(jié)構(gòu)產(chǎn)生差異，大醬、腐乳、豆豉和醬油中的優(yōu)勢(shì)菌屬總結(jié)見(jiàn)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(fēng)味特征，它能夠直接影響消費(fèi)者的接受程度。在發(fā)酵過(guò)程中，各種微生物的協(xié)同作用產(chǎn)生了大量的風(fēng)味物質(zhì)，在發(fā)酵豆制品中已經(jīng)被鑒定出碳?xì)浠衔铩⒋碱悺⑷╊悺⑼悺⑺犷悺Ⅴヮ悺㈦s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(zhì)氧化、蛋白質(zhì)降解、美拉德反應(yīng)、微生物代謝和酒精發(fā)酵等反應(yīng)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(fēng)味類型和風(fēng)味量也不同，不同發(fā)酵豆制品中的常見(jiàn)的揮發(fā)性化合物見(jiàn)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(fù)雜的，因?yàn)椴煌脑虾凸に囋谖⑸锏淖饔孟拢梢援a(chǎn)生種類繁多的風(fēng)味物質(zhì)。近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)和生物信息學(xué)的發(fā)展，以及基因數(shù)據(jù)庫(kù)的完善和精確數(shù)據(jù)分析工具的應(yīng)用，風(fēng)味譜和微生物多樣性分析技術(shù)不斷更新，研究人員對(duì)發(fā)酵過(guò)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(cè)序技術(shù)。利用16S rRNA測(cè)序和宏基因組學(xué)技術(shù)，越來(lái)越多的早期難以發(fā)現(xiàn)與風(fēng)味產(chǎn)生相關(guān)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(lái)。此外，隨著高分辨率質(zhì)譜技術(shù)與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的采集方法的廣泛應(yīng)用，GC-IMS、GC-O-MS、GC×GC-TOF/MS等香氣分析技術(shù)可以有效地從復(fù)雜的生物基質(zhì)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(jié)合的方法，提高了非揮發(fā)性風(fēng)味成分測(cè)定的靈敏度和準(zhǔn)確性，可以更好地了解整體風(fēng)味結(jié)構(gòu)。超轉(zhuǎn)錄組學(xué)是指通過(guò)提取mRNA然后將其轉(zhuǎn)化為cDNA來(lái)測(cè)量靶基質(zhì)中的總基因表達(dá)。與宏基因組學(xué)相比，轉(zhuǎn)錄組學(xué)提供了更多的信息視角，因?yàn)樗梢越沂巨D(zhuǎn)錄活躍群體的細(xì)節(jié)，而不僅僅是像宏基因組分析那樣識(shí)別細(xì)菌群體的遺傳內(nèi)容。微生物組學(xué)研究中的多組學(xué)技術(shù)提供了發(fā)酵豆制品中微生物群、代謝和生化過(guò)程變化的全局視圖（圖2）。包括宏基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)在內(nèi)的多組學(xué)技術(shù)被認(rèn)為是微生物組學(xué)研究的未來(lái)方向，在探索核心微生物群、鑒定功能基因、構(gòu)建風(fēng)味成分代謝網(wǎng)絡(luò)等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。
圖2發(fā)酵豆制品中微生物作用下風(fēng)味形成的研究方向
我國(guó)發(fā)酵豆制品多為高鹽食品。長(zhǎng)期食用高鹽食物對(duì)人體健康有害，導(dǎo)致患有高血壓和心臟病的人出現(xiàn)健康問(wèn)題。但發(fā)酵過(guò)程中含鹽量低可能會(huì)造成脆、爛、脆、酸、臭、保質(zhì)期短等問(wèn)題。因此，在降低發(fā)酵豆制品含鹽量的基礎(chǔ)上，保持產(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)味是一個(gè)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(lái)降低產(chǎn)品的含鹽量。此外，還可以通過(guò)改善后發(fā)酵中添加的成分并在成熟后終止發(fā)酵來(lái)減少對(duì)風(fēng)味的影響并延長(zhǎng)保質(zhì)期。此外，發(fā)酵大豆食品的生產(chǎn)工藝還有很大的改進(jìn)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(zhǎng)，原料利用率低，質(zhì)量無(wú)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(huì)導(dǎo)致發(fā)酵過(guò)程中酶系統(tǒng)不完整，產(chǎn)品風(fēng)味品質(zhì)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(zhì)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(fēng)味物質(zhì)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(shí)間，豐富酶系統(tǒng)，改善產(chǎn)品風(fēng)味，是今后發(fā)酵豆制品的主要趨勢(shì)。
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(jí)和次級(jí)代謝產(chǎn)物。盡管發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的微生物結(jié)構(gòu)和代謝物化合物已經(jīng)通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)和質(zhì)譜以及NMR進(jìn)行了分析，但發(fā)酵系統(tǒng)中的核心微生物及其與主要風(fēng)味相關(guān)代謝物的相關(guān)性仍有待闡明，并且大多數(shù)微生物通常很難評(píng)估它們是否實(shí)際參與了發(fā)酵過(guò)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(dú)特風(fēng)味的形成。培養(yǎng)非依賴性和多組學(xué)技術(shù)的發(fā)展為表征發(fā)酵過(guò)程中微生物群落及其在風(fēng)味形成中的作用提供了新的視角。此外，可以通過(guò)使用多組學(xué)技術(shù)揭示導(dǎo)致特定香氣形成的生物學(xué)途徑。
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