[发明专利]预测与控制制曲过程微生物菌群的方法及其应用

说明书

本发明公开了预测与控制制曲过程微生物菌群的方法及其应用，属于生物工程技术领域。本发明先确定自然发酵中温大曲的过程中的核心微生物群，并通过构建核心微生物与发酵过程环境参数的作用网络，利用相关性建立发酵过程环境参数与微生物含量变化的模型，验证了模型的准确性，基于Matlab曲线拟合程序构建生物量变化模型用于调控发酵过程核心微生物的含量从而实现调控稳定和提升发酵食品品质。

技术领域

本发明涉及预测与控制制曲过程微生物菌群的方法及其应用，尤其是基于微生物生物量变化模型预测与控制制曲过程微生物菌群的方法，属于生物工程技术领域。

背景技术

曲为酒之骨，酒曲作为白酒的糖化发酵剂，为白酒发酵过程提供了微生物、酶系、营养物质和风味物质。约有70％的白酒和大多数食醋酿造都使用曲作发酵剂。曲的发酵过程为自然发酵，其中大曲主要分为中温大曲、中高温大曲和高温大曲，不同种类的曲应用于不同香型的白酒酿造中。“好曲酿好酒”，但制曲过程中人为控制的因素只有初始阶段的原料配比与拌和水分，无法对整个过程进行控制。同时，制曲的发酵过程为堆积发酵，因此，不同发酵室和同一发酵室的不同位置都存在较大差异，同一批次的曲中质量参差不齐是常见的现象。

曲的制曲周期较长，通常为一个月及以上，具有生产周期长、影响因素多、混菌发酵、风味物质复杂多样等特点。目前，关于曲的研究，通常采用发酵初始时添加一种或几种功能微生物使发酵过程的微生物总量或风味物质/前体物质增加或降低。但初始微生物结构的调整仍然不能使我们准确了解与控制发酵过程中微生物和代谢物质的变化情况，仅仅是对发酵终点有了人为改变，因此实用价值较低。

目前，并没有关于发酵环境参数或发酵理化指标与微生物关系的模型，无法通过发酵环境参数或发酵理化指标来预测和有效控制微生物，因此，基于发酵环境参数或发酵理化指标建立准确预测和调控微生物的方法非常重要，有助于功能微生物更好地生长代谢和提升曲品质。

发明内容

[技术问题]

本发明要解决的技术问题是，传统发酵过程中存在微生物生长不稳定、关键代谢物质产生不稳定的问题，但发酵过程中微生物和代谢物的变化特征及其关键作用发酵环境参数或发酵理化指标不清楚，无法有效控制微生物及发酵过程。例如，曲的制备过程中微生物的变化情况不清楚，不利于提升和稳定曲品质。

[技术方案]

本发明提供一种预测与控制制曲过程微生物菌群的方法，这种方法是先确定曲自然发酵过程中的核心微生物群，并通过构建核心微生物与发酵过程环境参数(发酵室内的温度、发酵室内的空气湿度)的作用网络，利用相关性建立发酵过程环境参数与微生物含量变化的模型，验证了模型的准确性，基于Matlab曲线拟合程序构建生物量变化模型用于调控发酵过程核心微生物的含量从而实现调控稳定与提升发酵食品品质。

所述预测与控制制曲微生物菌群含量的方法，包括以下步骤：

(1)基于高通量测序解析制曲过程中的微生物结构，同时，对发酵过程中的微生物菌群进行绝对定量，根据微生物含量及其对于制曲过程的功能贡献确定核心微生物，核心微生物作为制曲过程中的调控对象；

(2)采用结构方程模型建立发酵环境参数、发酵理化指标与微生物含量的相互作用网络，根据相互作用显著性确定用于控制微生物菌群含量的指标；完成构建结构方程模型后，进行模型拟合计算，在结果栏中提取R²、路径系数、显著性和模型拟合程度(CMIN/DF，AIC，P值等)，CMIN/DF的值最好低于3，低于5以下认为模型拟合良好，P值要求小于0.05；

(3)对于每个由发酵环境参数显著控制的微生物含量的数据进行正态化检验，对数据正态性判断完成后，使用一元回归检验判断发酵室内的温度、发酵室内的空气湿度与不同属微生物的生物量的相关性，相关性最强(r0.6,P0.05)的发酵环境参数因子作为预测生物量的自变量；

(4)基于Matlab曲线拟合程序构建生物量变化模型