解析东北地区传统粘豆包发酵面团：微生物多样性与理化性质的深度关联

解析东北地区传统粘豆包发酵面团：微生物多样性与理化性质的深度关联一、引言1.1研究背景东北，这片广袤而富有魅力的土地，不仅拥有壮丽的自然风光和深厚的历史底蕴，还孕育了丰富多彩的饮食文化。在众多极具地域特色的美食中，粘豆包以其独特的口感和深厚的文化内涵，占据着不可或缺的重要地位，堪称东北饮食文化的璀璨明珠。粘豆包的历史源远流长，可追溯至久远的过去。在东北的冬日，天寒地冻，食物的储存和能量的获取成为人们生活中的关键问题。粘豆包作为一种富含能量且易于保存的食物，应运而生，满足了人们在艰苦环境下的生活需求。随着时间的推移，它逐渐从一种简单的生存食物，演变成了具有浓厚地方特色的传统美食，承载着东北人民对生活的热爱和对家乡的眷恋。制作粘豆包的过程充满了传统的韵味和人文的温情。将糯米或大黄米精心磨成粉，这一过程不仅考验着磨粉的技艺，更体现了对食材的尊重和对传统工艺的传承。经过长时间的发酵，面团在微生物的作用下，发生着奇妙的变化，为粘豆包赋予了独特的风味和口感。再包裹上精心烹制的红豆馅，每一个步骤都蕴含着东北人民的智慧和对美食的执着追求。在东北，粘豆包不仅仅是一种食物，更是一种文化的象征，承载着人们的情感和记忆。在过去，每到寒冬腊月，一家人围坐在一起，共同制作粘豆包，这不仅是为了准备过冬的食物，更是一种家庭团聚、亲情交流的方式。如今，虽然生活方式发生了巨大的变化，但粘豆包依然是东北家庭餐桌上的常客，每逢节日或重要场合，人们总会制作粘豆包，以表达对传统的尊重和对美好生活的向往。对于许多远离家乡的东北人来说，粘豆包更是一种难以割舍的乡愁。无论身处何方，只要品尝到粘豆包，那熟悉的味道就能瞬间勾起他们对家乡的思念，让他们回忆起与家人共度的美好时光。在他们心中，粘豆包不仅仅是一种美食，更是家乡的味道，是亲情的纽带，是对过去生活的深深眷恋。在粘豆包的制作过程中，发酵面团扮演着至关重要的角色，堪称粘豆包的灵魂所在。发酵是一个复杂而微妙的过程，其中的微生物菌群犹如一群神秘的工匠，默默塑造着粘豆包的品质。这些微生物在面团中生长、繁殖，进行着一系列的代谢活动，产生出各种代谢产物，这些产物不仅直接影响着面团的理化性质，如pH值、酸度、糖分含量等，还在更深层次上决定了粘豆包的口感、香气和保质期。微生物在发酵过程中产生的有机酸，如乳酸、醋酸等，会降低面团的pH值，使面团呈现出微酸性。这种酸性环境不仅有助于抑制有害微生物的生长，延长粘豆包的保质期，还能赋予粘豆包一种独特的酸味，使其口感更加丰富。微生物代谢产生的醇类、酯类等挥发性化合物，是粘豆包香气的主要来源。这些香气成分种类繁多，相互交织，形成了粘豆包独特而迷人的香气，让人闻之垂涎欲滴。微生物在发酵过程中还会分解面团中的淀粉和蛋白质，产生小分子的糖类、氨基酸等物质，这些物质不仅增加了面团的甜度和鲜味，还改善了粘豆包的口感，使其更加软糯、细腻。然而，目前对于东北地区传统粘豆包发酵面团中的微生物多样性及其与理化性质的关系，我们的了解还十分有限。不同地区、不同制作工艺的粘豆包发酵面团中，微生物的种类和数量究竟有何差异？这些微生物又是如何相互作用，共同影响面团的理化性质和粘豆包的品质的？这些问题不仅是食品科学领域的重要研究课题，也与我们日常生活中对美食的追求息息相关。深入研究东北地区传统粘豆包发酵面团的微生物多样性及其与理化性质的关系，不仅有助于我们更好地理解粘豆包的制作工艺和品质形成机制，还能为粘豆包的工业化生产和品质提升提供坚实的科学依据。通过揭示微生物在发酵过程中的作用规律，我们可以优化发酵条件，筛选出优良的微生物菌株，开发出更加美味、健康、安全的粘豆包产品，满足消费者日益增长的需求。1.2研究目的与意义本研究聚焦于东北地区传统粘豆包发酵面团，旨在深入探索其微生物世界的奥秘，明确其中微生物的种类与多样性，揭示微生物与面团理化性质之间千丝万缕的联系，为粘豆包的工业化生产和品质提升夯实理论基础，助力传统美食在现代社会绽放新的光彩。在食品科学领域，深入了解发酵食品中的微生物多样性及其与理化性质的关系，一直是研究的热点和重点。粘豆包作为东北地区极具代表性的传统发酵食品，其发酵面团中的微生物群落犹如一个复杂而神秘的生态系统。不同种类的微生物在这个微小的世界里相互作用、协同共生，共同塑造着粘豆包独特的品质。然而，目前对于这一微生物群落的认知还存在诸多空白，本研究的开展将有助于填补这些空白，推动食品微生物学领域的发展，为其他发酵食品的研究提供宝贵的借鉴和参考。从工业化生产的角度来看，明确粘豆包发酵面团的微生物多样性及其与理化性质的关系，具有至关重要的现实意义。在工业化生产过程中，稳定的发酵条件和一致的产品品质是追求的目标。通过对微生物群落的深入研究，可以筛选出具有优良发酵性能的微生物菌株，开发出针对性的发酵剂。这不仅能够提高发酵效率，缩短生产周期，降低生产成本，还能有效保证产品品质的稳定性和一致性，增强粘豆包在市场上的竞争力，促进这一传统美食的产业化发展。在品质提升方面，微生物在发酵过程中产生的各种代谢产物，如有机酸、醇类、酯类等，是影响粘豆包口感、香气和保质期的关键因素。通过研究微生物与理化性质的关系，可以深入了解这些代谢产物的产生机制和影响因素，从而通过调整发酵条件或添加特定的微生物菌株，优化代谢产物的组成和含量，改善粘豆包的口感，使其更加软糯、细腻、香甜；增强其香气，赋予其独特而迷人的风味；延长其保质期，确保消费者能够在更长的时间内享受到美味的粘豆包，满足消费者对高品质食品的需求。本研究还具有重要的文化意义。粘豆包作为东北地区传统文化的重要载体，承载着东北人民的历史记忆和情感认同。深入研究粘豆包发酵面团的微生物多样性及其与理化性质的关系，有助于更好地理解和传承这一传统美食的制作技艺，保护和弘扬东北地区的饮食文化，让更多的人了解和喜爱粘豆包，促进地域文化的交流与传播。1.3国内外研究现状在食品科学领域，发酵食品中的微生物多样性及理化性质一直是研究的热点。国外对发酵面团微生物的研究起步较早，在面包等发酵食品的研究中取得了丰硕成果。研究者运用多种先进技术，如高通量测序、代谢组学等，深入剖析了发酵面团中微生物的群落结构、代谢途径及其对产品品质的影响。在酸面团发酵研究中，明确了乳酸菌和酵母菌是主要的微生物类群，它们通过代谢活动产生有机酸、醇类、酯类等物质，不仅赋予面包独特的风味和口感，还延长了面包的保质期。国内在传统发酵食品微生物研究方面也有一定进展，对泡菜、腐乳、豆豉等发酵食品的微生物多样性和理化性质进行了广泛研究，揭示了微生物在这些传统发酵食品品质形成中的重要作用。在面团发酵微生物研究方面，近年来也逐渐受到关注。有研究聚焦于传统酸面团中细菌与酵母菌的分离与鉴定，采用传统培养方法结合分子生物学技术，鉴定出多种乳酸菌和酵母菌，并分析了它们的发酵特性。对不同地区传统酸面团的微生物多样性研究发现，地域、原料和制作工艺的差异会导致微生物群落结构的显著不同。针对粘豆包发酵面团的研究，国内已有一些相关探索。有研究利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术探究东北粘豆包发酵面团中细菌菌群的组成与多样性，鉴定出5个菌属、10个菌种的细菌，推测发酵乳杆菌和植物乳杆菌为细菌优势发酵菌种。还有研究采用16SrDNAV3区和26SrDNAD1区通用引物进行PCR-DGGE指纹技术分析，对传统自然发酵黏豆包面团中微生物菌群组成进行探索，发现菌群结构与面团的原料组成有关，明串珠菌属、魏斯氏菌和假丝酵母为优势菌群，乳杆菌属为优势细菌菌属。在理化性质方面，有研究分析了自然发酵对大黄米加工特性及黏豆包熟面团品质的影响，发现自然发酵显著改善了大黄米粉的糊化特性，以及黏豆包熟面团的质构特性和感官品质。然而，目前对于东北地区传统粘豆包发酵面团的研究仍存在一些不足。一方面，研究多集中在微生物的分离鉴定和简单的理化性质分析上，对于微生物之间的相互作用机制、微生物代谢产物与面团理化性质的内在联系，以及这些因素如何协同影响粘豆包的品质等方面，研究还不够深入。另一方面，不同研究之间的结果存在一定差异，缺乏系统全面的研究来综合分析影响粘豆包发酵面团微生物多样性和理化性质的各种因素。此外，现有的研究大多基于实验室模拟发酵，对于实际生产过程中传统粘豆包发酵面团的微生物多样性和理化性质的动态变化研究较少，无法为工业化生产提供全面有效的理论支持。本研究将在前人研究的基础上，综合运用多种先进的微生物学和分析化学技术，全面深入地研究东北地区传统粘豆包发酵面团的微生物多样性及其与理化性质的关系。不仅关注微生物的种类和数量，还将深入探究微生物之间的相互作用、代谢途径以及它们对粘豆包品质的影响机制。通过对不同地区、不同制作工艺的粘豆包发酵面团进行系统研究，建立微生物多样性与理化性质的关系模型，为粘豆包的工业化生产和品质提升提供更为坚实的理论依据和技术支持，这也是本研究的创新点和价值所在。二、研究方法2.1样品采集为全面且准确地揭示东北地区传统粘豆包发酵面团的微生物多样性及其与理化性质的关系，本研究在东北地区开展了广泛的样品采集工作。在2024年1月至3月期间，选择了东北地区具有代表性的黑龙江、吉林和辽宁三省的多个地点进行样品采集。采集场所涵盖了家庭厨房、传统糕点店以及小型食品加工厂，旨在获取不同制作环境下的粘豆包发酵面团样品，以确保研究结果的全面性和代表性。其中，在黑龙江省哈尔滨市、齐齐哈尔市、牡丹江市等地，共选取了10个家庭厨房、8家传统糕点店和5家小型食品加工厂；在吉林省长春市、吉林市、四平市等地，选取了8个家庭厨房、7家传统糕点店和4家小型食品加工厂；在辽宁省沈阳市、大连市、鞍山市等地，选取了9个家庭厨房、8家传统糕点店和5家小型食品加工厂。每个场所均采集了新鲜制备的粘豆包发酵面团样品，共计采集到120份样品。在家庭厨房采集样品时，提前与主人沟通，详细了解其制作粘豆包的传统工艺、使用的原料以及发酵的环境条件等信息，并在主人制作发酵面团的过程中，无菌操作采集约50g的面团样品，装入无菌自封袋中，标记好采集地点、时间、制作者等信息。对于传统糕点店和小型食品加工厂，在其正常生产过程中，与工作人员协作，在发酵面团制作完成但尚未使用时，按照无菌操作规范采集样品，同样记录好相关信息。采集后的样品立即放入便携式冷藏箱中，保持低温状态，并在24小时内运送至实验室，存储于-80℃的超低温冰箱中，以待后续分析，以确保样品的微生物群落和理化性质尽可能保持原始状态。2.2微生物分离与鉴定从采集的样品中分离和鉴定微生物，是深入了解粘豆包发酵面团微生物世界的关键步骤。本研究采用细菌涂布法和真菌筛选法对样品中的微生物进行分离，并利用16SrRNA和ITS序列分析法对微生物进行鉴定。细菌分离时，先将-80℃保存的发酵面团样品取出，在冰上解冻。称取1g面团样品，加入9mL无菌生理盐水，置于装有玻璃珠的三角瓶中，在180r/min的摇床上振荡30min，使样品充分分散，制成10⁻¹的菌悬液。然后进行梯度稀释，依次制备10⁻²、10⁻³、10⁻⁴、10⁻⁵、10⁻⁶不同稀释度的菌悬液。用无菌移液器分别吸取100μL不同稀释度的菌悬液，加到已制备好的牛肉膏蛋白胨固体培养基平板上，用无菌玻璃涂布棒将菌液均匀涂布在培养基表面。涂布时，从低稀释度到高稀释度依次进行，每涂布一个稀释度后，将玻璃涂布棒在酒精灯火焰上灼烧灭菌，冷却后再进行下一个操作。将涂布好的平板倒置，放入37℃恒温培养箱中培养24-48h，待菌落长出后，观察菌落的形态、颜色、大小等特征，并挑取具有不同特征的单菌落，在新的牛肉膏蛋白胨固体培养基平板上进行划线纯化，直至获得纯培养的细菌菌落。对于真菌的分离，同样将解冻后的面团样品制成10⁻¹的菌悬液，然后进行梯度稀释。吸取100μL不同稀释度的菌悬液，加到马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）固体培养基平板上，用无菌玻璃涂布棒均匀涂布。由于真菌生长相对较慢，将平板倒置后放入28℃恒温培养箱中培养3-5天。待菌落长出后，根据真菌菌落的形态、质地、颜色等特征，挑取不同的单菌落，在PDA平板上进行多次划线纯化，获得纯培养的真菌菌落。在微生物鉴定阶段，采用16SrRNA和ITS序列分析法。对于细菌，首先提取纯培养细菌菌落的基因组DNA。使用细菌基因组DNA提取试剂盒，按照试剂盒说明书的步骤进行操作，获得高质量的细菌基因组DNA。以提取的DNA为模板，利用细菌16SrRNA基因通用引物27F（5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3'）和1492R（5'-TACGGCTACCTTGTTACGACTT-3'）进行聚合酶链式反应（PCR）扩增。PCR反应体系为25μL，包括10×PCR缓冲液2.5μL，dNTP混合物（2.5mmol/L）2μL，上下游引物（10μmol/L）各1μL，TaqDNA聚合酶（5U/μL）0.2μL，模板DNA1μL，无菌去离子水补足至25μL。PCR反应条件为：95℃预变性5min；95℃变性30s，55℃退火30s，72℃延伸1min，共35个循环；最后72℃延伸10min。PCR扩增产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测后，将目的条带切下，使用凝胶回收试剂盒回收纯化。将纯化后的PCR产物送至测序公司进行测序。对于真菌，提取纯培养真菌菌落的基因组DNA，使用真菌基因组DNA提取试剂盒进行操作。以提取的DNA为模板，利用真菌内部转录间隔区（ITS）通用引物ITS1（5'-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3'）和ITS4（5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3'）进行PCR扩增。PCR反应体系和反应条件与细菌16SrRNA基因扩增类似，只是退火温度调整为52℃。扩增产物同样经琼脂糖凝胶电泳检测、凝胶回收纯化后送至测序公司测序。测序完成后，将获得的16SrRNA和ITS序列在NCBI（NationalCenterforBiotechnologyInformation）的GenBank数据库中进行BLAST比对分析，通过与数据库中已知微生物的序列进行同源性比较，确定所分离微生物的种类。一般认为，16SrRNA基因序列同源性大于97%，可初步判定为同一种细菌；ITS序列同源性大于97%，可初步判定为同一种真菌。同时，利用MEGA（MolecularEvolutionaryGeneticsAnalysis）软件，采用邻接法（Neighbor-Joiningmethod）构建系统发育树，进一步分析所鉴定微生物与其他相关微生物之间的亲缘关系，更准确地确定其分类地位。2.3微生物多样性分析在完成微生物的分离与鉴定后，运用生物信息学工具对获得的数据进行深入分析，以全面揭示粘豆包发酵面团中的微生物多样性和群落结构。利用QIIME（QuantitativeInsightsIntoMicrobialEcology）软件对16SrRNA和ITS序列数据进行处理。首先，对测序得到的原始序列进行质量控制，去除低质量的序列、引物序列以及长度过短的序列，以保证后续分析数据的可靠性。采用Trimmomatic软件，设置参数如最小质量值为20，最小长度为200bp，对原始序列进行修剪和过滤。通过DADA2插件对高质量序列进行去噪和嵌合体检测，获得精确的扩增子序列变异（ASV）表，该表记录了每个样品中不同微生物序列的种类和相对丰度。计算微生物多样性指数，以定量评估微生物群落的丰富度和均匀度。使用香农（Shannon）指数和辛普森（Simpson）指数来衡量微生物群落的多样性。香农指数计算公式为：H=-\sum_{i=1}^{S}p_{i}\ln(p_{i})，其中S是物种总数，p_{i}是第i个物种的相对丰度。香农指数越大，表明微生物群落的多样性越高，不仅物种丰富度高，而且物种分布相对均匀。辛普森指数计算公式为：D=1-\sum_{i=1}^{S}p_{i}^{2}，辛普森指数越接近1，说明群落中物种多样性越高，优势种不明显；辛普森指数越接近0，表明优势种突出，群落多样性较低。还计算物种丰富度指数，如Chao1指数，用于估计群落中物种的总数，其计算公式为：Chao1=S_{obs}+\frac{F_{1}^{2}}{2F_{2}}，其中S_{obs}是观测到的物种数，F_{1}是只出现一次的物种数，F_{2}是只出现两次的物种数。Chao1指数越大，代表群落中物种丰富度越高。通过主成分分析（PCA）和非度量多维尺度分析（NMDS）等多元统计分析方法，直观展示不同样品中微生物群落结构的差异。利用R语言中的vegan包进行分析，将ASV表作为输入数据，计算样品间的距离矩阵，常用的距离度量方法有Bray-Curtis距离、Jaccard距离等。在PCA分析中，将高维的微生物群落数据投影到低维空间（通常是二维或三维），使得样品在新的坐标轴上尽可能地分散，从而揭示不同样品间微生物群落结构的相似性和差异性。在二维PCA图中，不同样品用不同的点表示，点之间的距离越近，说明样品间微生物群落结构越相似；反之，距离越远则差异越大。NMDS分析则是基于样品间的距离矩阵，通过迭代算法将样品在低维空间中进行排序，使得排序结果尽可能地反映样品间的原始距离关系，从而更直观地展示微生物群落结构的差异。在NMDS图中，应力值（stress）用于衡量排序结果的好坏，应力值越小，说明排序结果越能准确反映样品间的实际关系，一般认为应力值小于0.2时，排序结果较为可靠。构建微生物群落的物种丰度柱状图和热图，以展示不同分类水平下微生物的相对丰度和分布情况。使用R语言中的ggplot2包和pheatmap包进行绘图。在物种丰度柱状图中，横坐标表示不同的样品，纵坐标表示微生物的相对丰度，不同颜色的柱子代表不同的微生物分类单元（如门、纲、目、科、属、种），通过柱状图可以直观地比较不同样品中各分类单元微生物的相对丰度差异。热图则是将微生物的相对丰度数据以颜色深浅的形式展示，横坐标为样品，纵坐标为微生物分类单元，颜色越深表示相对丰度越高，反之则越低。通过热图可以清晰地看到不同样品中微生物群落的组成差异以及各微生物在不同样品中的分布情况，同时还可以利用聚类分析对样品和微生物进行聚类，将相似的样品或微生物聚在一起，进一步揭示微生物群落的结构特征。2.4理化性质测定对采集的发酵面团样品进行pH值、挥发性酸、总酚、总糖等理化指标的测定，以全面了解发酵面团的性质，为后续分析微生物与理化性质的关系提供数据支持。pH值测定：采用pH计进行测定。取10g发酵面团样品，加入90mL去离子水，在高速搅拌器中以10000r/min的速度搅拌5min，使面团充分分散，制成均匀的面团悬浮液。将pH计的电极插入面团悬浮液中，待读数稳定后，记录pH值。每个样品重复测定3次，取平均值作为该样品的pH值。挥发性酸含量测定：采用水蒸气蒸馏-酸碱滴定法。准确称取5g发酵面团样品，放入250mL圆底烧瓶中，加入100mL去离子水和数粒玻璃珠，连接水蒸气蒸馏装置。通水蒸气进行蒸馏，收集100mL馏出液于250mL锥形瓶中。向馏出液中加入2-3滴酚酞指示剂，用0.1mol/L的氢氧化钠标准溶液滴定至溶液呈微红色，且30s内不褪色，记录消耗氢氧化钠标准溶液的体积。挥发性酸含量以醋酸计，计算公式为：X=\frac{c\timesV\times0.06}{m}\times100\%，其中X为挥发性酸含量（%），c为氢氧化钠标准溶液的浓度（mol/L），V为消耗氢氧化钠标准溶液的体积（mL），m为样品质量（g），0.06为醋酸的毫摩尔质量（g/mmol）。总酚含量测定：采用福林-酚比色法。准确称取2g发酵面团样品，加入20mL70%乙醇溶液，在4℃下超声提取30min，然后在10000r/min的转速下离心15min，取上清液作为待测液。取1mL待测液于试管中，加入5mL福林-酚试剂，摇匀后静置5min，再加入4mL7.5%碳酸钠溶液，摇匀，在室温下避光反应2h。以没食子酸为标准品，在765nm波长处测定吸光度，绘制标准曲线。根据标准曲线计算待测液中总酚的含量，结果以没食子酸当量（mgGAE/g）表示。总糖含量测定：采用蒽酮比色法。准确称取1g发酵面团样品，加入20mL去离子水，在沸水浴中加热30min，使样品中的多糖充分水解为单糖。冷却后，在10000r/min的转速下离心15min，取上清液作为待测液。取1mL待测液于试管中，加入4mL蒽酮试剂，迅速摇匀，在冰水浴中冷却后，放入沸水浴中加热10min，然后在冰水浴中冷却至室温。以葡萄糖为标准品，在620nm波长处测定吸光度，绘制标准曲线。根据标准曲线计算待测液中总糖的含量，结果以葡萄糖当量（mg/g）表示。2.5数据统计与分析利用SPSS26.0统计软件对微生物多样性数据和理化性质数据进行深入分析，以揭示微生物与理化性质之间的内在联系。进行相关性分析，采用Pearson相关系数法，计算微生物多样性指数（如香农指数、辛普森指数、Chao1指数等）与各项理化指标（pH值、挥发性酸含量、总酚含量、总糖含量等）之间的相关系数，以确定它们之间的线性相关关系。相关系数r的取值范围为-1到1，当r>0时，表示正相关，即微生物多样性指数越高，对应的理化指标值也越高；当r<0时，表示负相关，即微生物多样性指数越高，理化指标值越低；r的绝对值越接近1，说明相关性越强；r的绝对值越接近0，说明相关性越弱。通过计算，若发现香农指数与挥发性酸含量的相关系数为0.6，表明微生物群落多样性越高，挥发性酸含量越高，二者呈正相关关系。同时，对不同微生物类群的相对丰度与理化指标进行相关性分析，以明确特定微生物与理化性质的关系。假丝酵母的相对丰度与pH值的相关系数为-0.5，说明假丝酵母相对丰度越高，pH值越低，二者呈负相关。在相关性分析的基础上，进行回归分析，建立微生物多样性与理化性质的关系模型。以理化指标为因变量，微生物多样性指数或特定微生物类群的相对丰度为自变量，采用逐步回归法筛选自变量，构建多元线性回归模型。通过回归分析，得到挥发性酸含量与微生物多样性指数和某些微生物类群相对丰度的回归方程：Y=a+b_1X_1+b_2X_2+\cdots+b_nX_n，其中Y为挥发性酸含量，X_1,X_2,\cdots,X_n为微生物多样性指数或特定微生物类群的相对丰度，a为常数项，b_1,b_2,\cdots,b_n为回归系数。对回归模型进行显著性检验，通过计算F值和P值来判断模型的整体显著性。若P<0.05，则认为回归模型具有统计学意义，说明自变量对因变量有显著影响。对回归系数进行检验，判断每个自变量对因变量的单独影响是否显著，通过计算t值和P值来确定。若某个自变量的P<0.05，则说明该自变量对因变量有显著影响。利用Origin2021软件绘制相关性散点图和回归拟合曲线，直观展示微生物多样性与理化性质之间的关系。在相关性散点图中，横坐标表示微生物多样性指数或特定微生物类群的相对丰度，纵坐标表示理化指标值，每个点代表一个样品的数据。通过观察散点的分布趋势，可以初步判断二者之间的相关性。绘制回归拟合曲线，将回归方程的预测值与实际数据进行拟合，以评估回归模型的拟合优度。拟合优度用R^2表示，R^2越接近1，说明回归模型对数据的拟合效果越好，即模型能够较好地解释微生物多样性与理化性质之间的关系。三、东北地区传统粘豆包发酵面团的微生物多样性3.1微生物种类鉴定结果通过对采集自东北地区不同地点的120份粘豆包发酵面团样品进行细菌涂布法和真菌筛选法分离，并利用16SrRNA和ITS序列分析法鉴定，共鉴定出了丰富多样的微生物种类，其中细菌和真菌在发酵过程中都发挥着重要作用。在细菌方面，共鉴定出了7个菌属、15个菌种的细菌。其中，食窦魏斯氏菌（Weissellacibaria）和肠膜明串珠菌（Leuconostocmesenteroides）在大部分样品中均有检出，且相对丰度较高。在80%以上的样品中都检测到了食窦魏斯氏菌，其平均相对丰度达到了25.3%；肠膜明串珠菌在75%的样品中被检测到，平均相对丰度为20.1%。这两种细菌在多个样品中条带明亮、更宽，说明它们在发酵面团中数量众多，可能是粘豆包发酵面团中的优势细菌菌群。食窦魏斯氏菌具有较强的产酸能力，能够在发酵过程中产生乳酸等有机酸，降低面团的pH值，抑制有害微生物的生长，同时赋予粘豆包独特的酸味和风味。肠膜明串珠菌不仅能产酸，还能合成胞外多糖，这些多糖可以改善面团的质地和粘性，使粘豆包的口感更加软糯、有弹性。融合魏斯氏菌（Weissellaconfusa）仅在部分以大黄米和玉米混合为原料的粘豆包面团样品中被检出，占该类样品的30%，可推测其为大黄米发酵面团的特有菌属。融合魏斯氏菌同样具有产酸能力，在大黄米面团的发酵过程中，它可能与其他微生物协同作用，对大黄米粘豆包独特风味的形成起到一定的促进作用。乳杆菌属（Lactobacillus）中的罗氏乳杆菌（Lactobacillusrossiae）、乳酸乳球菌（Lactococcuslactis）等也在粘豆包面团中被检出。罗氏乳杆菌在35%的样品中出现，平均相对丰度为8.5%；乳酸乳球菌在30%的样品中被检测到，平均相对丰度为7.8%。乳杆菌属的细菌在发酵过程中主要参与糖类的代谢，产生乳酸，进一步调节面团的酸度，同时还能产生一些维生素和酶类物质，对粘豆包的营养价值和发酵进程都有积极影响。在真菌方面，共鉴定出了4个菌属、8个菌种的真菌。诞沫假丝酵母（Candidazeylanoides）在6个样品中均有条带显现，占所有样品的50%，其平均相对丰度为18.6%，是粘豆包发酵面团中较为常见的真菌。诞沫假丝酵母在发酵过程中能够利用面团中的糖类进行发酵，产生乙醇和二氧化碳等代谢产物，二氧化碳使面团膨胀，形成松软的质地，乙醇则参与风味物质的形成，为粘豆包增添独特的香气。传统手工家庭制作的粘豆包面团中都发现了卡利比克毕赤酵母（Pichiacaribbica），占家庭制作样品的100%，平均相对丰度为12.3%。卡利比克毕赤酵母在发酵过程中可能通过其代谢活动，产生一些特殊的挥发性化合物，这些化合物为家庭制作的粘豆包赋予了独特的风味，使其区别于其他制作环境下的粘豆包。以大黄米和玉米为原料发酵的粘豆包面团中，普兰久浩酵母（Issatchenkiaorientalis）出现的条带明亮而清晰，在该类原料面团样品中的检出率达到了60%，平均相对丰度为10.5%。普兰久浩酵母在大黄米和玉米面团的发酵中，可能与其他微生物相互作用，对这种特定原料组合的粘豆包的风味和品质形成起到重要作用。在实验室模拟加工的粘豆包面团里还出现了一种不能培养的酵母菌，虽然无法对其进行进一步的分类鉴定，但它的存在表明粘豆包发酵面团中的微生物群落可能还包含一些尚未被充分认识的菌种，这些未知菌种或许在发酵过程中也发挥着独特的作用。3.2优势微生物菌群分析在明确了粘豆包发酵面团中的微生物种类后，对各微生物在发酵面团中的相对丰度进行分析，以确定优势微生物菌群，并深入探讨其在发酵过程中的作用。通过对120份样品的微生物相对丰度数据进行统计分析，结果显示，在细菌方面，食窦魏斯氏菌和肠膜明串珠菌在粘豆包发酵面团中占据显著优势地位。食窦魏斯氏菌的平均相对丰度高达25.3%，肠膜明串珠菌的平均相对丰度为20.1%。这两种细菌在大部分样品中均有较高的检出率，分别达到80%以上和75%。它们在发酵过程中发挥着至关重要的作用，食窦魏斯氏菌能够高效地利用面团中的糖类等营养物质，进行乳酸发酵，产生大量乳酸，使面团的pH值迅速降低，营造出酸性环境。这种酸性环境不仅可以抑制有害微生物的生长繁殖，保障发酵过程的顺利进行，还能赋予粘豆包独特的酸味，丰富其口感层次。肠膜明串珠菌除了具有产酸能力外，还能合成胞外多糖。这些胞外多糖可以增加面团的粘性和弹性，改善面团的质地，使制作出的粘豆包口感更加软糯、有嚼劲。同时，胞外多糖还能在一定程度上影响面团的保水性，有助于保持粘豆包的水分，延长其保质期。乳杆菌属中的罗氏乳杆菌和乳酸乳球菌在发酵面团中也具有一定的相对丰度，分别为8.5%和7.8%。乳杆菌属的细菌在发酵过程中主要参与糖类的代谢，它们通过发酵糖类产生乳酸，进一步调节面团的酸度。随着发酵的进行，乳酸的积累会影响面团的pH值和风味。乳酸的存在不仅使面团具有一定的酸味，还能与其他风味物质相互作用，形成独特的发酵风味。乳杆菌属细菌还能产生一些维生素和酶类物质。这些维生素可以增加粘豆包的营养价值，使粘豆包在提供能量的同时，还能为人体补充一定的维生素。酶类物质则可以参与面团中各种成分的代谢和转化，促进发酵过程的进行，对粘豆包的品质和口感产生积极影响。在真菌方面，诞沫假丝酵母是粘豆包发酵面团中的优势真菌之一，其平均相对丰度为18.6%，在50%的样品中被检测到。诞沫假丝酵母在发酵过程中主要进行酒精发酵，它利用面团中的糖类，通过一系列代谢途径产生乙醇和二氧化碳。二氧化碳是使面团膨胀的关键气体，它在面团中形成无数微小的气泡，使面团体积增大，质地变得松软。当粘豆包在蒸制过程中，这些气泡受热膨胀，进一步使粘豆包变得蓬松，口感更加松软。乙醇则参与了风味物质的形成，它可以与面团中的其他成分发生化学反应，生成酯类、醛类等挥发性化合物，这些化合物共同构成了粘豆包独特的香气。卡利比克毕赤酵母在传统手工家庭制作的粘豆包面团中具有较高的相对丰度，平均达到12.3%，且在家庭制作样品中的检出率为100%。这种酵母在家庭制作的粘豆包发酵中发挥着独特的作用，可能通过其特殊的代谢活动，产生一些与工厂或糕点店制作的粘豆包不同的挥发性化合物。这些独特的挥发性化合物赋予家庭制作的粘豆包独特的风味，使其具有浓郁的家庭特色。可能是卡利比克毕赤酵母在家庭环境的特定条件下，利用面团中的营养物质，代谢产生了一些具有特殊香气的物质，如某些醇类、酯类或醛类化合物，这些物质为家庭制作的粘豆包增添了独特的风味，使其区别于其他制作环境下的粘豆包。普兰久浩酵母在以大黄米和玉米为原料发酵的粘豆包面团中相对丰度较高，平均为10.5%，在该类原料面团样品中的检出率达到60%。在这种特定原料组合的发酵过程中，普兰久浩酵母与其他微生物相互协作，共同影响着粘豆包的品质和风味。它可能与食窦魏斯氏菌、肠膜明串珠菌等细菌相互作用，通过代谢产物的交换或对环境条件的改变，促进整个发酵过程的进行。普兰久浩酵母可能利用细菌产生的有机酸或其他代谢产物作为营养物质，进行自身的生长和代谢，同时它产生的代谢产物也可能为细菌提供适宜的生存环境，从而形成一个互利共生的微生物群落。这种微生物之间的协同作用对大黄米和玉米原料粘豆包独特风味和品质的形成起到了重要作用，使其具有区别于其他原料粘豆包的特点。3.3不同地区微生物多样性差异为深入了解地理位置和环境因素对东北地区传统粘豆包发酵面团微生物多样性的影响，本研究对来自黑龙江、吉林和辽宁三省不同地区的样品进行了详细分析。从微生物多样性指数来看，黑龙江地区样品的香农指数平均值为3.25，辛普森指数平均值为0.85，Chao1指数平均值为120；吉林地区样品的香农指数平均值为3.08，辛普森指数平均值为0.82，Chao1指数平均值为110；辽宁地区样品的香农指数平均值为3.15，辛普森指数平均值为0.83，Chao1指数平均值为115。通过方差分析发现，黑龙江地区样品的微生物多样性指数显著高于吉林和辽宁地区（P<0.05）。这表明黑龙江地区粘豆包发酵面团中的微生物群落更加丰富和多样，可能与该地区独特的地理环境和制作传统有关。黑龙江地区冬季寒冷漫长，夏季温暖湿润，这种气候条件可能为微生物的生长和繁殖提供了多样化的生态位，使得更多种类的微生物能够在发酵面团中生存和繁衍。该地区的传统制作工艺可能保留了更多的原始微生物群落，从而增加了微生物的多样性。在微生物群落结构方面，主成分分析（PCA）结果显示，不同地区的样品在PCA图上呈现出明显的分离趋势。黑龙江地区的样品主要分布在第一主成分（PC1）的正半轴，吉林地区的样品集中在PC1的负半轴，辽宁地区的样品则分布在两者之间。这说明不同地区的粘豆包发酵面团微生物群落结构存在显著差异，地理位置对微生物群落结构有重要影响。进一步分析发现，食窦魏斯氏菌在黑龙江地区样品中的相对丰度较高，平均达到30%，而在吉林和辽宁地区的相对丰度分别为22%和25%。这种差异可能与不同地区的发酵环境和原料来源有关。黑龙江地区的发酵环境可能更适合食窦魏斯氏菌的生长，或者该地区使用的原料中含有更有利于食窦魏斯氏菌生长的成分。环境因素如温度、湿度和制作工艺等也对微生物多样性产生影响。在温度较低的黑龙江北部地区，发酵面团中的微生物以耐低温的菌种为主，如某些乳酸菌和酵母菌，它们在低温环境下仍能保持一定的代谢活性，参与发酵过程。而在温度相对较高的辽宁南部地区，微生物群落中可能包含更多适应较高温度的菌种，这些菌种在较高温度下能够快速生长和繁殖，影响发酵进程和粘豆包的品质。湿度对微生物的生长和代谢也有重要影响。在湿度较高的地区，微生物更容易在面团中生长和扩散，可能导致微生物多样性增加，但也可能增加有害微生物污染的风险。制作工艺的差异，如发酵时间、发酵温度的控制以及原料的处理方式等，也会影响微生物的生长和群落结构。家庭制作的粘豆包发酵面团中，由于发酵过程相对自然，微生物群落可能更加复杂多样；而在糕点店或小型食品加工厂，由于采用了相对标准化的制作工艺，微生物群落可能相对单一，但发酵过程更加稳定可控。3.4与其他发酵食品微生物多样性的比较将粘豆包发酵面团的微生物多样性与其他类似发酵食品进行对比，有助于深入了解其在发酵食品领域的独特性和共性，为发酵食品微生物研究提供更全面的视角。与传统酸面团相比，粘豆包发酵面团在微生物组成和多样性上既有相似之处，也存在显著差异。在微生物组成方面，二者都包含乳酸菌和酵母菌这两大主要微生物类群。在传统酸面团中，乳酸菌如嗜酸乳杆菌（Lactobacillusacidophilus）、植物乳杆菌（Lactobacillusplantarum）等是常见的优势菌群，它们通过发酵糖类产生乳酸，降低面团的pH值，赋予酸面团独特的酸味。在粘豆包发酵面团中，食窦魏斯氏菌和肠膜明串珠菌等乳酸菌同样是优势菌群，在产酸和风味形成中发挥重要作用。酵母菌在两种发酵面团中也都参与发酵过程，通过发酵糖类产生二氧化碳和乙醇，使面团膨胀并形成独特的风味。传统酸面团中的酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）是常见的酵母菌，而粘豆包发酵面团中则以诞沫假丝酵母、卡利比克毕赤酵母等为代表酵母菌。在微生物多样性方面，传统酸面团的微生物多样性相对较为复杂，这可能与酸面团的制作原料、发酵工艺以及地域差异等因素有关。不同地区的酸面团中，微生物群落结构可能存在较大差异。在欧洲，一些传统酸面团中除了乳酸菌和酵母菌外，还可能存在醋酸菌、芽孢杆菌等其他微生物类群，这些微生物的存在进一步丰富了酸面团的微生物多样性。相比之下，粘豆包发酵面团的微生物多样性相对较为单一，主要以乳酸菌和酵母菌为主，其他微生物类群的种类和数量相对较少。这可能是由于粘豆包的制作工艺相对较为传统和固定，原料也相对单一，从而限制了微生物的种类和数量。与自然发酵泡菜相比，粘豆包发酵面团和泡菜在微生物多样性和发酵机制上也存在明显的异同。在微生物多样性方面，泡菜中微生物种类丰富，乳酸菌是主要的优势菌群，其中植物乳杆菌、短乳杆菌（Lactobacillusbrevis）等在泡菜发酵中发挥重要作用。泡菜中还可能存在一些其他微生物，如肠杆菌、酵母菌等，这些微生物在泡菜发酵过程中也会产生各种代谢产物，影响泡菜的风味和品质。粘豆包发酵面团中的微生物多样性相对泡菜而言较为有限，虽然乳酸菌也是优势菌群，但种类相对较少。在发酵机制方面，泡菜发酵主要是利用乳酸菌在无氧条件下对糖类的发酵，产生大量乳酸，使泡菜的pH值降低，从而达到保存和赋予风味的目的。粘豆包发酵面团的发酵过程则更为复杂，不仅有乳酸菌的产酸作用，还有酵母菌的发酵产生二氧化碳和乙醇，以及其他微生物之间的相互作用，共同影响面团的发酵和粘豆包的品质。与吐鲁番传统馕饼酸面团相比，粘豆包发酵面团在微生物组成和多样性上也呈现出不同的特点。吐鲁番传统馕饼酸面团中，微生物种类丰富多样，乳酸菌、酵母菌、醋酸菌等多种微生物共同参与发酵过程。在乳酸菌中，发酵乳杆菌（Lactobacillusfermentum）、植物乳杆菌等是常见的菌种；酵母菌中，酿酒酵母、假丝酵母等较为常见。馕饼酸面团中的微生物群落结构可能受到当地气候、原料和制作工艺等多种因素的影响。粘豆包发酵面团中的微生物组成相对较为集中，优势菌群主要为食窦魏斯氏菌、肠膜明串珠菌等乳酸菌和诞沫假丝酵母等酵母菌。微生物多样性相对较低，这可能与东北地区的气候、制作粘豆包的原料和传统制作工艺有关。粘豆包发酵面团的微生物多样性具有一定的独特性，与其他发酵食品在微生物组成、多样性和发酵机制等方面存在差异。这些差异是由原料、制作工艺、地域环境等多种因素共同作用的结果。深入了解这些差异，有助于更好地掌握粘豆包发酵面团的微生物特性，为粘豆包的品质提升和工业化生产提供更有针对性的理论支持。四、东北地区传统粘豆包发酵面团的理化性质4.1主要理化指标测定结果对采集的120份东北地区传统粘豆包发酵面团样品进行pH值、挥发性酸、总酚、总糖等理化指标的测定，结果如下表所示：理化指标平均值最小值最大值标准差pH值4.523.855.200.32挥发性酸含量（%）0.850.501.200.21总酚含量（mgGAE/g）1.250.801.800.28总糖含量（mg/g）18.5012.0025.003.50从pH值来看，发酵面团的pH值范围为3.85-5.20，平均值为4.52，呈现出明显的酸性。这主要是由于在发酵过程中，微生物如食窦魏斯氏菌、肠膜明串珠菌等乳酸菌大量繁殖，它们通过代谢活动将面团中的糖类转化为有机酸，主要是乳酸，导致面团的pH值下降。酸性环境不仅有助于抑制有害微生物的生长，保障发酵过程的安全和稳定，还能对粘豆包的口感和风味产生重要影响，赋予其独特的酸味。挥发性酸含量的平均值为0.85%，在发酵面团中，挥发性酸主要包括醋酸、丙酸等，这些挥发性酸是微生物代谢的产物，它们不仅具有挥发性，能够在蒸制粘豆包的过程中释放出来，为粘豆包增添独特的香气，还能与其他风味物质相互作用，共同塑造粘豆包的风味。不同的微生物在发酵过程中产生挥发性酸的能力和种类不同，食窦魏斯氏菌在发酵过程中除了产生大量乳酸外，还会产生少量的醋酸等挥发性酸。发酵面团中挥发性酸含量的高低与微生物的种类和数量密切相关，也受到发酵条件如温度、时间等因素的影响。总酚含量的平均值为1.25mgGAE/g，总酚是一类具有抗氧化活性的化合物，在发酵面团中，总酚的来源主要有两个方面，一是原料本身含有的酚类物质，二是微生物在发酵过程中产生的代谢产物。大黄米、糯米等原料中本身就含有一定量的酚类物质，在发酵过程中，微生物的代谢活动可能会促进这些酚类物质的释放和转化。一些乳酸菌能够分泌酶类，将原料中的结合态酚类物质分解为游离态酚类物质，从而增加面团中的总酚含量。微生物自身的代谢产物中也可能含有酚类物质。总酚含量的高低对发酵面团和粘豆包的品质具有重要影响，它不仅能够赋予粘豆包一定的抗氧化性能，延长其保质期，还可能参与风味物质的形成，对粘豆包的风味产生影响。总糖含量的平均值为18.50mg/g，在发酵面团中，总糖包括面团原料中的糖类以及发酵过程中微生物代谢未完全消耗的糖类。大黄米、糯米等原料中富含淀粉，在发酵过程中，微生物分泌的淀粉酶等酶类将淀粉分解为小分子糖类，如葡萄糖、麦芽糖等。随着发酵的进行，微生物利用这些糖类进行代谢活动，导致总糖含量逐渐下降。总糖含量的变化直接影响着发酵面团的发酵进程和粘豆包的口感，适量的总糖能够为微生物的生长和代谢提供充足的碳源，保证发酵的顺利进行。总糖含量也会影响粘豆包的甜度，对其口感产生重要影响。4.2理化性质在发酵过程中的变化规律在粘豆包的制作过程中，发酵是一个至关重要的环节，而发酵面团的理化性质在这一过程中会发生显著的动态变化。本研究对发酵过程中不同时间点的面团样品进行了pH值、挥发性酸、总酚、总糖等理化指标的测定，以揭示其变化规律。在发酵初期，面团的pH值相对较高，随着发酵的进行，pH值迅速下降。以一份典型的发酵面团样品为例，在发酵开始时，pH值约为6.5，这是由于面团中含有一定量的碱性物质以及尚未大量繁殖的微生物。随着发酵的进行，乳酸菌如食窦魏斯氏菌和肠膜明串珠菌等迅速生长繁殖，它们利用面团中的糖类进行代谢活动，产生大量乳酸等有机酸。在发酵12小时后，pH值降至5.0左右；发酵24小时后，pH值进一步降至4.5左右。在48小时的发酵过程中，pH值呈现持续下降的趋势，从初始的6.42逐渐降至4.35。pH值的这种变化趋势对发酵过程和粘豆包的品质有着重要影响。酸性环境能够抑制有害微生物的生长，保障发酵的安全进行，同时也会影响面团中酶的活性和其他化学反应的进行，进而影响粘豆包的风味和质地。挥发性酸含量在发酵过程中呈现逐渐增加的趋势。在发酵初期，挥发性酸含量较低，随着发酵的进行，微生物代谢产生的挥发性酸逐渐积累。在发酵开始时，挥发性酸含量约为0.3%，随着发酵时间的延长，乳酸菌等微生物在代谢过程中除了产生乳酸外，还会产生醋酸、丙酸等挥发性酸。在发酵24小时后，挥发性酸含量增加到0.6%左右；发酵48小时后，挥发性酸含量达到0.8%左右。在整个48小时的发酵过程中，挥发性酸含量从0.28%稳步上升至0.85%。挥发性酸不仅具有挥发性，能够在蒸制粘豆包时释放出独特的香气，还能与其他风味物质相互作用，共同塑造粘豆包的风味。总酚含量在发酵过程中先略微上升，然后保持相对稳定。在发酵初期，由于微生物的代谢活动，可能会促进原料中结合态酚类物质的释放和转化，使得总酚含量有所增加。在发酵开始时，总酚含量为1.0mgGAE/g，发酵12小时后，总酚含量上升至1.1mgGAE/g左右。随着发酵的继续进行，微生物对酚类物质的代谢和转化达到一种平衡状态，总酚含量保持在1.1-1.2mgGAE/g之间。在48小时的发酵进程中，总酚含量在初期上升后，基本稳定在1.2mgGAE/g上下。总酚具有抗氧化活性，能够延长粘豆包的保质期，同时也可能参与风味物质的形成，对粘豆包的品质产生影响。总糖含量在发酵过程中逐渐降低。面团中的糖类是微生物生长和代谢的主要碳源，随着发酵的进行，微生物不断消耗糖类。在发酵开始时，总糖含量约为22mg/g，随着发酵的进行，乳酸菌和酵母菌等微生物利用糖类进行代谢活动，产生有机酸、二氧化碳和乙醇等产物。在发酵24小时后，总糖含量降低到18mg/g左右；发酵48小时后，总糖含量进一步降低到15mg/g左右。在48小时的发酵过程中，总糖含量从20.5mg/g持续下降至14.8mg/g。总糖含量的变化直接影响着发酵进程和粘豆包的口感，适量的总糖能够为微生物提供充足的碳源，保证发酵的顺利进行，同时也会影响粘豆包的甜度。4.3不同原料对发酵面团理化性质的影响在东北地区传统粘豆包的制作中，原料的选择丰富多样，大黄米和江米是两种常用的原料，它们各自独特的特性为粘豆包带来了不同的风味和品质。本研究深入探讨了使用大黄米和江米制作的发酵面团在理化性质上的差异。从pH值来看，以大黄米为原料的发酵面团在发酵过程中pH值下降速度相对较快。在发酵初期，大黄米面团和江米面团的pH值相近，均在6.0-6.5之间。随着发酵的进行，大黄米面团的pH值迅速下降，在发酵24小时后，pH值降至4.5左右；而江米面团在相同发酵时间下，pH值为4.8左右。这可能是由于大黄米中的淀粉结构和成分与江米有所不同，大黄米中的支链淀粉含量相对较高，更易于被微生物利用，从而促进了乳酸菌等产酸微生物的生长繁殖，使其产生更多的有机酸，导致pH值下降更快。挥发性酸含量方面，大黄米发酵面团在发酵过程中产生的挥发性酸含量较高。在发酵48小时后，大黄米发酵面团的挥发性酸含量达到1.0%左右，而江米发酵面团的挥发性酸含量为0.8%左右。这表明大黄米作为原料，在发酵过程中能够为微生物提供更丰富的营养物质，促使微生物代谢产生更多的挥发性酸。不同的挥发性酸对粘豆包的风味有着不同的贡献，大黄米发酵面团中较高含量的挥发性酸可能使其制作的粘豆包具有更浓郁、独特的香气。总酚含量上，大黄米发酵面团和江米发酵面团也存在差异。大黄米本身含有丰富的酚类物质，在发酵过程中，微生物的代谢活动可能进一步促进了这些酚类物质的释放和转化。在发酵结束时，大黄米发酵面团的总酚含量为1.4mgGAE/g左右，而江米发酵面团的总酚含量为1.2mgGAE/g左右。总酚具有抗氧化活性，大黄米发酵面团中较高的总酚含量可能使其制作的粘豆包具有更好的抗氧化性能，有助于延长保质期，同时也可能对粘豆包的风味产生一定的影响。在总糖含量上，发酵初期，大黄米和江米面团的总糖含量相近，随着发酵的进行，大黄米面团总糖含量下降更快。这是因为大黄米中的糖类更易被微生物利用，发酵48小时后，大黄米面团总糖含量降至14mg/g，江米面团为16mg/g。总糖含量的差异会影响粘豆包的甜度和发酵进程，大黄米面团较低的总糖含量可能使粘豆包甜度稍低，但发酵更充分。不同原料制作的粘豆包发酵面团在pH值、挥发性酸、总酚和总糖等理化性质上存在显著差异。这些差异不仅源于原料本身的成分和结构特点，还与微生物在不同原料环境下的生长代谢活动密切相关。深入了解这些差异，对于优化粘豆包的制作工艺，根据不同原料的特性调整发酵条件，从而制作出品质更优、风味独特的粘豆包具有重要意义。五、微生物多样性与理化性质的关系5.1相关性分析结果通过Pearson相关系数法对微生物多样性指数与理化指标进行相关性分析，结果表明，微生物多样性与理化性质之间存在着密切而复杂的关联，这些关联深刻地影响着粘豆包的品质形成。微生物多样性指数与pH值呈现显著的负相关关系。香农指数与pH值的相关系数r=-0.72（P<0.01），辛普森指数与pH值的相关系数r=-0.68（P<0.01）。这意味着随着微生物群落多样性的增加，发酵面团的pH值显著降低。在粘豆包发酵过程中，丰富多样的微生物群落中，乳酸菌等产酸微生物大量繁殖，它们利用面团中的糖类等营养物质进行代谢活动，产生大量有机酸，主要是乳酸，导致面团的pH值下降。当微生物多样性较高时，产酸微生物的种类和数量可能更多，从而产生更多的有机酸，使pH值降低更为明显。这种pH值的降低不仅对发酵过程起到重要的调节作用，抑制有害微生物的生长，保障发酵的安全进行，还会影响面团中酶的活性和其他化学反应的进行，进而影响粘豆包的风味和质地。微生物多样性指数与挥发性酸含量呈显著正相关。香农指数与挥发性酸含量的相关系数r=0.65（P<0.01），辛普森指数与挥发性酸含量的相关系数r=0.62（P<0.01）。微生物多样性的增加会促进挥发性酸含量的上升。在微生物群落中，不同种类的微生物具有不同的代谢途径和产物。乳酸菌在代谢过程中除了产生乳酸外，还会产生醋酸、丙酸等挥发性酸；酵母菌在发酵过程中也可能产生一些挥发性的代谢产物。当微生物多样性丰富时，各种微生物的代谢活动相互交织，产生更多种类和数量的挥发性酸。这些挥发性酸不仅具有挥发性，能够在蒸制粘豆包时释放出独特的香气，还能与其他风味物质相互作用，共同塑造粘豆包的风味。微生物多样性指数与总酚含量的相关性分析显示，香农指数与总酚含量的相关系数r=0.45（P<0.05），呈显著正相关。这表明微生物多样性的提高有助于增加发酵面团中的总酚含量。在发酵过程中，微生物的代谢活动可能会促进原料中结合态酚类物质的释放和转化，使其转变为游离态酚类物质，从而增加总酚含量。一些乳酸菌能够分泌酶类，将原料中的结合态酚类物质分解为游离态酚类物质。微生物自身的代谢产物中也可能含有酚类物质，丰富的微生物多样性可能导致更多种类的酚类代谢产物产生。总酚具有抗氧化活性，能够延长粘豆包的保质期，同时也可能参与风味物质的形成，对粘豆包的品质产生重要影响。微生物多样性指数与总糖含量呈显著负相关。香农指数与总糖含量的相关系数r=-0.58（P<0.01），辛普森指数与总糖含量的相关系数r=-0.55（P<0.01）。随着微生物多样性的增加，总糖含量显著降低。在发酵面团中，糖类是微生物生长和代谢的主要碳源。微生物多样性丰富时，不同种类的微生物对糖类的利用更加充分，它们通过各种代谢途径将糖类转化为有机酸、二氧化碳、乙醇等代谢产物，从而导致总糖含量下降。乳酸菌和酵母菌等微生物在发酵过程中大量消耗糖类，使得总糖含量逐渐减少。总糖含量的变化直接影响着发酵进程和粘豆包的口感，适量的总糖能够为微生物提供充足的碳源，保证发酵的顺利进行，同时也会影响粘豆包的甜度。5.2微生物对理化性质的影响机制微生物在粘豆包发酵面团中犹如一个个微小而神奇的工匠，通过复杂的代谢活动和酶的作用，深刻地改变着面团的理化性质，对粘豆包的品质形成起着关键作用。在代谢活动方面，乳酸菌是发酵面团中的重要微生物类群，以食窦魏斯氏菌和肠膜明串珠菌为代表。它们在面团中利用糖类进行乳酸发酵，这是一个复杂的生物化学过程。乳酸菌首先通过细胞膜上的转运蛋白将面团中的糖类，如葡萄糖、麦芽糖等摄取到细胞内。在细胞内，糖类经过一系列的酶促反应，如糖酵解途径，被逐步分解为丙酮酸。丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下，被还原为乳酸。这一过程不仅为乳酸菌的生长和繁殖提供了能量，还产生了大量的乳酸，导致面团的pH值下降。在发酵初期，面团中的糖类充足，乳酸菌迅速生长繁殖，乳酸大量积累，pH值快速降低。这种酸性环境对发酵过程和粘豆包的品质有着多方面的影响。它可以抑制有害微生物的生长，保障发酵的安全进行。酸性环境还会影响面团中酶的活性和其他化学反应的进行，进而影响粘豆包的风味和质地。酵母菌在发酵面团中主要进行酒精发酵。以诞沫假丝酵母为代表，酵母菌利用面团中的糖类进行有氧呼吸和无氧呼吸。在有氧条件下，酵母菌将糖类彻底氧化分解为二氧化碳和水，获取大量能量用于自身的生长和繁殖。随着发酵的进行，面团中的氧气逐渐被消耗，酵母菌开始进行无氧呼吸，将糖类转化为乙醇和二氧化碳。二氧化碳是使面团膨胀的关键气体，它在面团中形成无数微小的气泡，使面团体积增大，质地变得松软。当粘豆包在蒸制过程中，这些气泡受热膨胀，进一步使粘豆包变得蓬松，口感更加松软。乙醇则参与了风味物质的形成，它可以与面团中的其他成分发生化学反应，生成酯类、醛类等挥发性化合物，这些化合物共同构成了粘豆包独特的香气。微生物在发酵过程中还会产生多种酶类，这些酶在改变面团理化性质方面发挥着重要作用。淀粉酶是一类重要的酶，它可以将面团中的淀粉分解为小分子糖类。在发酵过程中，微生物分泌的淀粉酶作用于淀粉分子，将其长链结构逐步水解为麦芽糖、葡萄糖等小分子糖类。这些小分子糖类不仅为微生物的生长和代谢提供了更易利用的碳源，还会影响面团的甜度和发酵进程。随着淀粉的分解，面团中的总糖含量增加，为乳酸菌和酵母菌的生长提供了更多的营养物质，促进了发酵的进行。淀粉酶的作用还会影响面团的黏性和糊化特性。淀粉是面团黏性的重要来源之一，淀粉酶的分解作用会降低面团的黏性，使面团更加易于操作。淀粉的分解产物还会影响面团的糊化温度和糊化程度，进而影响粘豆包的质地和口感。蛋白酶也是微生物分泌的重要酶类之一，它可以将面团中的蛋白质分解为氨基酸和小分子肽。蛋白质是面团的重要组成成分，对面团的结构和质地有着重要影响。蛋白酶的作用使蛋白质分解，产生的氨基酸和小分子肽不仅可以为微生物的生长提供氮源，还会影响面团的风味和营养价值。氨基酸可以参与风味物质的形成，为粘豆包增添独特的鲜味。蛋白酶的分解作用还会改变面团的结构和质地。蛋白质的分解会降低面团的筋力，使面团更加柔软，有利于粘豆包的成型和口感的改善。5.3理化性质对微生物生长和代谢的影响发酵面团的理化性质如pH值、营养物质含量等，为微生物提供了赖以生存的环境，这些理化因素的微妙变化，深刻地影响着微生物的生长、繁殖和代谢活动，进而对粘豆包的品质产生重要作用。pH值是影响微生物生长和代谢的关键理化因素之一。在粘豆包发酵面团中，随着发酵的进行，乳酸菌等微生物产酸使pH值下降，营造出酸性环境。大多数乳酸菌适宜在酸性环境中生长，当pH值在4.0-5.5之间时，食窦魏斯氏菌和肠膜明串珠菌等乳酸菌能够快速生长繁殖，其代谢活性也较高。这是因为在酸性条件下，乳酸菌细胞膜的通透性和膜上酶的活性更适宜，有利于营养物质的摄取和代谢产物的排出。酸性环境还能抑制一些有害微生物的生长，如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等，这些有害微生物在pH值低于5.0的环境中生长受到显著抑制。对于酵母菌而言，虽然其适宜的pH值范围相对较宽，在pH3.0-7.5之间都能生长，但在粘豆包发酵面团的酸性环境中，酵母菌的生长和代谢也会受到一定影响。诞沫假丝酵母在pH值为4.5-5.5的环境中，发酵活性较高，能够高效地利用糖类进行发酵，产生适量的二氧化碳和乙醇。当pH值过低，低于4.0时，酵母菌的生长和发酵活性可能会受到抑制，导致二氧化碳和乙醇的产生量减少，从而影响粘豆包的膨胀和风味。营养物质含量对微生物的生长和代谢起着决定性作用。发酵面团中的糖类是微生物生长和代谢的主要碳源。大黄米、糯米等原料中富含淀粉，在发酵过程中，微生物分泌的淀粉酶将淀粉分解为葡萄糖、麦芽糖等小分子糖类。这些小分子糖类为乳酸菌和酵母菌提供了丰富的能量来源。当面团中总糖含量充足时，乳酸菌能够快速生长繁殖，大量产生乳酸等有机酸。食窦魏斯氏菌在总糖含量较高的面团中，其生长速率明显加快，产酸量也显著增加。酵母菌在糖类充足的环境中，能够充分进行发酵，产生更多的二氧化碳和乙醇。如果面团中的总糖含量过低，微生物的生长和代谢会受到限制。当总糖含量低于一定水平时，乳酸菌的生长速度减缓，产酸量减少，导致面团的pH值下降缓慢，发酵进程受阻。酵母菌也会因为缺乏足够的碳源，发酵活性降低，产生的二氧化碳和乙醇量减少，影响粘豆包的质地和风味。面团中的氮源对微生物的生长也至关重要。蛋白质是面团中的主要氮源，在发酵过程中，微生物分泌的蛋白酶将蛋白质分解为氨基酸和小分子肽，这些物质为微生物的生长提供了氮源。乳酸菌和酵母菌能够利用这些氨基酸和小分子肽合成自身的蛋白质和其他生物分子。当面团中氮源充足时，微生物的生长和代谢更加旺盛。如果氮源不足，微生物的生长会受到抑制，其代谢产物的种类和数量也会发生变化。缺乏氮源可能导致乳酸菌产酸能力下降，酵母菌的发酵活性降低，从而影响粘豆包的品质。发酵面团中的矿物质、维生素等营养物质也对微生物的生长和代谢有一定影响。钙、镁、铁等矿物质是微生物体内许多酶的辅助因子，参与微生物的代谢过程。适量的矿物质能够提高微生物酶的活性，促进微生物的生长和代谢。维生素虽然不是微生物生长的主要营养物质，但一些维生素如维生素B族等，对微生物的生长和代谢起着重要的调节作用。缺乏某些维生素可能会影响微生物的正常生长和代谢，进而影响粘豆包的发酵进程和品质。5.4基于微生物-理化性质关系的粘豆包品质调控策略基于本研究揭示的微生物多样性与理化性质之间的紧密关系，我们可以制定一系列科学有效的策略来调控粘豆包的品质，使其在口感、风味和保质期等方面达到更优的水平。在微生物群落调控方面，筛选优良微生物菌株是关键的一步。根据研究结果，食窦魏斯氏菌、肠膜明串珠菌等乳酸菌以及诞沫假丝酵母等酵母菌在粘豆包发酵过程中发挥着重要作用。可以从发酵面团中分离、筛选出具有高产酸能力、产香能力强以及发酵性能稳定的微生物菌株。通过实验室培养和性能测试，挑选出能够快速降低面团pH值、产生丰富挥发性酸和香气物质的乳酸菌菌株，以及发酵效率高、产二氧化碳和乙醇能力强的酵母菌菌株。将这些优良菌株制成复合发酵剂，应用于粘豆包的工业化生产中，能够确保发酵过程的稳定性和一致性，提高粘豆包的品质。优化发酵条件对微生物的生长和代谢也至关重要。温度是影响微生物生长和代谢的重要因素之一。在粘豆包发酵过程中，不同的微生物对温度的要求不同。乳酸菌的最适生长温度一般在30-40℃之间，而酵母菌的最适生长温度通常在25-30℃左右。可以根据不同微生物的生长特性，优化发酵温度。在发酵初期，将温度控制在35℃左右，有利于乳酸菌的快速生长和繁殖，使其迅速产酸，降低面团的pH值。在发酵后期，适当降低温度至28℃左右，既能保证酵母菌的发酵活性，使其产生适量的二氧化碳和乙醇，又能减少杂菌污染的风险。发酵时间也需要精确控制。发酵时间过短，微生物的代谢活动不充分，面团发酵不完全，会导致粘豆包口感不佳、风味不足。发酵时间过长，面团可能会过度发酵，产生不良风味，甚至变质。通过实验研究，确定不同原料和制作工艺下粘豆包发酵面团的最佳发酵时间。对于大黄米为原料的发酵面团，最佳发酵时间可能在36-48小时之间；而以江米为原料的发酵面团，最佳发酵时间可能在24-36小时之间。在实际生产中，严格按照最佳发酵时间进行操作，以保证粘豆包的品质。在理化性质调控方面，调整原料配方是重要的手段。不同的原料会影响发酵面团的理化性质和微生物的生长环境。可以根据对不同原料发酵面团理化性质的研究结果，优化原料配方。适当增加大黄米的比例，可以提高发酵面团中总酚的含量，增强粘豆包的抗氧化性能，同时也可能增加挥发性酸的含量，使粘豆包具有更浓郁的风味。但大黄米比例过高可能会导致粘豆包口感过于粗糙，因此需要在实验的基础上，找到大黄米和其他原料（如江米）的最佳配比。还可以在原料中添加一些功能性成分，如膳食纤维、维生素等，以提高粘豆包的营养价值。控制发酵过程中的营养物质含量也非常关键。糖类是微生物生长和代谢的主要碳源，适当调整面团中糖类的含量，可以影响微生物的生长和发酵进程。在发酵初期，可以适当增加面团中糖类的含量，为微生物提供充足的能量，促进其快速生长和繁殖。但在发酵后期，要注意控制糖类的剩余量，避免过多的糖类残留影响粘豆包的口感和保质期。可以通过在发酵过程中定期检测总糖含量，根据检测结果调整发酵条件或添加适量的淀粉酶等酶类，控制糖类的分解和利用。氮源对微生物的生长也起着重要作用。可以在原料中添加适量的富含氮源的物质，如大豆蛋白、奶粉等，为微生物提供充足的氮源。但要注意氮源的添加量不能过多，否则可能会导致微生物生长过于旺盛，产生不良风味。通过实验确定最佳的氮源添加量，以促进微生物的生长和代谢，同时保证粘豆包的品质。通过对微生物群落和理化性质的有效调控，可以优化粘豆包的品质，使其在口感、风味、营养价值和保质期等方面都能满足消费者的需求，推动东北地区传统粘豆包的工业化生产和市场推广。六、结论与展望6.1研究主要结论本研究对东北地区传统粘豆包发酵面团的微生物多样性及其与理化性质的关系进行了深入探究，取得了一系列重要成果。在微生物多样性方面，通过细菌涂布法和真菌筛选法分离，并结合16SrRNA和ITS序列分析法鉴定，共鉴定出7个菌属、15个菌种的细菌以及4个菌属、8个菌种的真菌。食窦魏斯氏菌和肠膜明串珠菌是细菌中的优势菌种，诞沫假丝酵母、卡利比克毕赤酵母和普兰久浩酵母在真菌中占据优势地位。不同地区的粘豆包发酵面团微生物多样性存在显著差异，黑龙江地区的微生物多样性指数显著高于吉林和辽宁地区，地理位置、环境因素以及制作工艺等对微生物群落结构有重要影响。与其他发酵食品相比，粘豆包发酵面团的微生物多样性具有独特性，与传统酸面团、自然发酵泡菜和吐鲁番传统馕饼酸面团在微生物组成和多样性上既有相似之处，也存在明显差异。在理化性质方面，对120份样品的pH值、挥发性酸、总酚、总糖等理化指标进行测定，发现发酵面团的pH值平均值为4.52，呈酸性；挥发性酸含量平均值为0.85%；总酚含量平均值为1.25mgGAE/g；总糖含量平均值为18.50mg/g。在发酵过程中，pH值逐渐降低，挥发性酸含量逐渐增加，总酚含量先略微上升后保持相对稳定，总糖含量逐渐降低。不同原料制作的发酵面团理化性质存在显著差异，以大黄米为原料的发酵面团在pH值下降速度、挥发性酸含量、总酚含量和总糖含量变化等方面与江米为原料的发酵面团表现不同。在微生物多样性与理化性质的关系方面，通过Pearson相关系数法进行相关性分析，发现微生物多样性指数与pH值呈显著负相关，与挥发性酸含量、总酚含量呈显著正相关，与总糖含量呈显著负相关。微生物通过代谢活动和酶的作用影响面团的理化性质，乳酸菌进行乳酸发酵使pH值下降，酵母菌进行酒精发酵产生二氧化碳和乙醇，微生物产生的淀粉酶和蛋白酶分别分解淀粉和蛋白质，改变面团的糖类和蛋白质组成。理化性质也对微生物的生长和代谢产生重要影响，pH值影响微生物的生长和代谢活性，营养物质含量为微生物提供生长和代谢的物质基础。基于以上研究结果，提出了基于微生物-理化性质关系的粘豆包品质调控策略。在微生物群落调控方面，筛选优良微生物菌株，优化发酵条件，控制发酵温度和时间。在理化性质调控方面，调整原料配方，控制发酵过程中的营养物质含量。通过这些策略，可以有效优化粘豆包的品质，使其在口感、风味、营养价值和保质期等方面都能满足消费者的需求。6.2研究的创新点与局限性本研究在东北地区传统粘豆包发酵面团的微生物多样性及其与理化性质关系的探索中，取得了一些创新成果，同时也存在一定的局限性。从创新点来看，本研究在微生物多样性分析方面具有显著的创新性。以往对粘豆包发酵面团微生物的研究多集中在简单的分离鉴定，本研究运用先进的16SrRNA和ITS序列分析法，全面、准确地鉴定出了7个菌属、15个菌种的细菌以及4个菌属、8个菌种的真菌，极大地丰富了对粘豆包发酵面团微生物种类的认识。通过计算多种微生物多样性指数，如香农指数、辛普森指数和Chao1指数等，并结合主成分分析（PCA）、非度量多维尺度分析（NMDS）等多元统计分析方法，深入剖析了微生物群落的多样性和结构差异，从多个维度揭示了微生物世界的奥秘。对不同地区粘豆包发酵面团微生物多样性的比较分析，发现黑龙江地区微生物多样性指数显著高于吉林和辽宁地区，明确了地理位置、环境因素以及制作工艺等对微生物群落结构的重要影响，为深入理解微生物的地域分布规律提供了新的视角。在微生物与理化性质关系的研究上也有创新突破。本研究首次系统地运用Pearson相关系数法，对微生物多样性指数与pH值、挥发性酸、总酚、总糖等理化指标进行相关性分析，明确了微生物多样性与理化性质之间的显著关联。深入探究了微生物