现代生物技术帮你“看见”泸州老窖的品质
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现代生物技术帮你“看见”泸州老窖的品质

/  2019-04-03  阅读数:724
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  泥窖固态酿造是中国优质浓香白酒的独特生产方式,业界素有“千年老窖万年糟,酒好全凭窖龄老”的说法。泸州老窖拥有1600余口百年以上的持续使用的国宝窖池群,被誉为“活文物”,是1573系列高端品牌质量的重要保障。

  泸州老窖一直秉承“让白酒质量看得见“的行业标杆理念。数十年来,我国科技工作者对泸州老窖进行了全方位的研究,试图解释老窖出好酒的内在机理:历经数百年的持续酿酒过程驱动老窖窖泥中微生物的生息繁衍,形成了功能独特的微生态系统,影响着白酒风味物质的合成。

  江南大学生物工程学院许正宏教授团队与泸州老窖国家固态酿造工程技术研究中心沈才洪主任团队,采用现代分子微生态学、代谢组学并结合微生物培养组学等技术,系统分析了泸州老窖1573国宝窖池群中的酿造微生态特征,解析了与浓香型白酒中己酸、丁酸、乳酸等主体有机酸形成的功能微生物菌群的结构与功能,进一步明晰了己酸菌(Caproiciproducens)、 梭菌(Clostridium)、杆菌(Bacillus)等己酸、丁酸功能微生物随窖龄而不断富集的演化规律;同时深刻剖析了窖泥异嗅味物质的生物合成规律;从不同年代窖泥中成功分离了204个纯培养菌株,其中一株具有独特酿造性能的新种被命名为老窖梭菌(Clostridium fermenticellae),尚有系列新物种正在整理之中。此外,研究团队还对泸型酒大曲、酒醅微生物群落演替规律及其功能进行了深入研究,深刻揭示了生物热驱动大曲微生物功能演变机制,提出了酒醅中“增己降乳”新策略。这为深刻理解“老窖出好酒”、构建窖泥老熟的质量标准、防治窖泥老化、提升产品风味质量等奠定了坚实基础。

现代生物技术帮你“看见”泸州老窖的品质

  目前,双方已经联合在AppliedEnvironmental Microbiology、International Journal of Food Microbiology、International Journal of SystematicEvolutionary Microbiology、微生物学报、生物工程学报等国内外微生物领域知名期刊上发表论文18篇,其中SCI论文7篇,申请国家发明专利13件。

  1  《老窖梭菌新种(Clostridium fermenticellae)》

  (Xu PX, Chai LJ, Qiu T, Zhang XJ, Lu ZM*, Xiao C, Wang ST, Shen CH*, Shi JS, Xu ZH*. Clostridium fermenticellae sp. nov., isolated the mud in a fermentation cellar for the production of Chinese liquor, baijiu. International Journal of SystematicEvolutionary Microbiology, 2019, 69: 859-865)

  摘要:本研究首次从泸州老窖百年窖泥中分离出来1个细菌新种,命名为老窖梭菌(Clostridium fermenticellae)。该物种模式菌株JN500901T能够在pH4.5-8.0(适pH 5.0),20-40℃(37℃),0-2%氯化钠浓度和0-10%乙醇浓度范围内生长。在厌氧条件下,JN500901T能够利用D-果糖,D-岩藻糖, 异麦芽糖和L-鼠李糖等碳源,具有产生窖泥异嗅化合物对甲基苯酚的能力。菌株JN500901T的全基因组大小为2.812 MB(基因数量为2611,GC含量为31.0%mol),其16S rRNA 基因序列与Clostridium carboxidivorans DSM15243T (94.2%)和Clostridium scatologenes DSM 757T (94.1%)接近。老窖梭菌JN500901T(=CICC 24501T =JCM 32827T)的分离鉴定对于解析窖泥微生物功能及窖香风味形成机理具有研究价值。

  2  《酒醅和窖泥中梭菌群落演替规律及丁酸功能菌分布》

  (Chai LJ, Xu PX, Qian W, Zhang XJ, Ma J, Lu ZM, Wang ST, Shen CH, Shi JS, Xu ZH*. Profiling the Clostridia with butyrate-producing potential in the mud of baijiu fermentation cellar. International Journal of Food Microbiology, 2019, 297: 41-50)

  摘要:丁酸及其主要衍生物丁酸乙酯是泸型酒的重要风味物质,但其在酿造过程中的微生物合成机理尚不清楚。本文采用微生物分子生态技术,解析了酒醅与窖泥中微生物群落的丁酸合成途径,分析了丁酸激酶(buk)途径与丁酰辅酶A:乙酰辅酶A转移酶(but)途径上的微生物参与情况,明确了酒窖中梭菌纲(Clostridia)细菌主要通过buk途径合成丁酸。进一步针对梭菌纲微生物的特异性分析,发现酒醅与窖泥中梭菌微生物结构与多样性存在明显差异,酒醅中主要是梭菌属(Clostridium)与Sedimentibacter,而窖泥中主要是氢孢菌属(Hydrogenispora)、Sedimentibacter和梭菌属。继而利用产丁酸功能梭菌的16S rRNA基因序列预测了选择性培养基,定向分离了30种梭菌,并进行了代谢功能实验验证。本研究为解析泸型酒酿造微生物群落结构与功能的多样性奠定了基础,也为定向分离复杂酿造菌群中特定功能微生物菌种提供了研究思路。

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  3  《内源性生物热驱动中温大曲功能微生物群落形成》

  (Xiao C, Lu ZM*, Zhang XJ, Wang ST, Ao L, Shen CH, Shi JS, Xu ZH*. Bio-heat is a key environmental driver shaping the microbial community of medium-temperature Daqu. AppliedEnvironmental Microbiology, 2017, 83: e01550-17)

  摘要:早在数千年前,我们的祖先就掌握了在谷物原料上培养功能微生物群落的技艺,即大曲的发酵生产。大曲作为糖化剂和发酵剂在食醋、白酒等传统酿造过程中具有重要作用,大曲中含有的复杂微生物组成能够极大影响产品风味品质,但是我们尚不清楚大曲发酵过程中微生物群落是如何演替的,以及菌群演替规律受何环境因素影响。本文分析了泸州老窖中温大曲发酵过程中微生物群落演替规律及其与环境因子变化的相关性。在大曲发酵的前12天,微生物群落的演替与温度的变化具有显著相关性,而12天后大曲微生物群落结构基本保持稳定。进一步分析了温度对大曲微生物群落形成的影响,发现在大曲发酵的前4天,大部分细菌和部分真菌的快速繁殖,使大曲的温度迅速升高至55°C左右。在随后的时间里(4–12 d),继续产生的生物热(53–56°C)抑制了大部分微生物的生长,而耐热的微生物(芽孢杆菌、高温放线菌、热子囊菌及嗜热真菌等)能够生存或保持增长。后,通过对大曲温度的调控,验证了温度对中温大曲微生物群落形成的作用,证实了内源性生物热是大曲功能微生物群落形成的重要驱动力。本文对优化和调控大曲功能微生物群落的形成具有研究意义。

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