基于微生物多样性分析探究北方浓香型白酒高级醇含量偏高的原因及解决措施

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pandengwei
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本文基于内蒙古西部区某浓香型酒厂原酒中高级醇含量偏高的实际问题,选取1年窖龄的新窖池(EG组)和3年窖龄的老窖池(CG组)各三个进行一个发酵周期的跟踪试验,以不同的发酵时间点所取的糟醅为研究对象,研究了发酵过程糟醅中的微生物菌群、理化指标和主要高级醇含量的动态变化。进一步开展了微生物菌群与糟醅理化指标及主要高级醇之间的相关性研究,以此为基础找到高级醇含量偏高的原因并制定了相应的解决措施。主要结果如下:(1)利用近红外光谱仪检测了发酵糟醅在整个发酵周期内理化指标的动态变化,对比分析发现:EG组与CG组糟醅的水分含量在0-7 d都急剧上升,从7 d直到发酵期结束前,EG组水分含量明显低于CG组;两组糟醅酸度均随着发酵天数的增加而逐渐升高,CG组酸度增速要快于EG组,而且均在发酵第16 d后酸度进入快速上升期;两组糟醅中的残糖含量都是在第7 d达到了最高值,随后又逐渐降低,两个组发酵中后期还原糖代谢存在较大差异;两组糟醅中淀粉含量随着发酵天数的增加而逐渐降低,7 d后直至发酵结束,CG组比EG组的淀粉含量明显偏低,说明EG组的淀粉利用率不如CG组高。(2)利用气相色谱检测技术检测了糟醅和原酒中高级醇的含量,通过对比分析发现:EG组与CG组糟醅在发酵过程中正丙醇变化规律基本一致,且原酒中的正丙醇含量差异不显著(P>0.05)。而两组糟醅中仲丁醇、异丁醇、正丁醇和异戊醇变化趋势虽基本一致,但是含量有明显的差异。原酒中EG组正丁醇的含量是CG组的两倍,而CG组中的仲丁醇、异丁醇和异戊醇含量又明显高于EG组,分别高出106.9%、48.8%和43.4%。(3)使用生物信息学方法对发酵糟醅进行微生物多样性分析发现:EG组和CG组糟醅的细菌和真菌菌群均具有多样性的特点,随着发酵时间的进行呈现一定规律的动态演替。EG组细菌OTU数为1033个,而CG组为1034个,两组真菌OTU数均为1243个。EG组与CG组都鉴定得到25个细菌门和10个真菌门,其中EG组共鉴定出445个细菌属和413个真菌属,而CG组共鉴定出443个细菌属和413个真菌属。EG组与CG组共同的优势细菌属为乳杆菌属(Lactobacillus)、固氮螺菌属(Azospirillum)、醋酸杆菌属(Acetobacter)、大肠杆菌志贺菌属(Escherichia-Shigella)、Muri菌属(uncultured_bacterium_f_Muribaculaceae)等,共同的优势真菌属为嗜热真菌属(Thermomyces)、嗜热子囊菌属(Thermoascus)、酵母属(Saccharomyces)、曲霉属(Aspergillus)、镰刀菌属(Fusarium)、枝孢属(Cladosporium)、哈萨克斯坦酵母(Kazachstania)、被孢霉属(Mortierella)。EG组特有的优势真菌属为毛孢子菌属(Trichosporon)和毛葡孢属(Botryotrichum),而CG组特有的优势真菌属为假丝酵母属真菌(Candida)和青霉属真菌(Penicillium)。(4)根据Spearman相关性计算方法计算细菌和真菌微生物菌群与糟醅理化指标之间的相关性。结果表明,糟醅中的微生物菌群与糟醅理化指标之间都呈现较好的相关性,即糟醅理化指标对微生物菌群分布和演替有重要影响。EG组糟醅的水分与镰刀菌属(Fusarium)等3个真菌属成显著正相关,显著负相关的细菌属为葡萄球菌属(Staphylococcus),真菌属为嗜热子囊菌属(Thermoascus)和嗜热真菌属(Thermomyces)。而CG组糟醅的水分却只与哈萨克斯坦酵母(Kazachstania)成显著正相关,显著负相关的细菌属有葡萄球菌属(Staphylococcus)和醋酸杆菌属(Acetobacter),真菌属只有嗜热真菌属(Thermomyces);CG组与糟醅酸度成显著正相关的真菌属有镰刀菌属(Fusarium)、被孢霉属(Mortierella)、枝孢属(Cladosporium)等12个属,而EG组中除这12个属以外,还多出了曲霉属(Aspergillus)、假丝酵母属(Candida)等5个属。与两组糟醅酸度成显著负相关的真菌属为嗜热子囊菌属(Thermoascus)和嗜热真菌属(Thermomyces),而这两种真菌属又与淀粉和残糖含量成显著正相关。同时EG组中与糟醅酸度成显著正相关的曲霉属(Aspergillus)等17个真菌属,却与淀粉含量和残糖含量成显著负相关。CG组中与糟醅酸度成显著正相关的镰刀菌属等12个真菌属中的绝大多数菌属又与淀粉含量成显著负相关。(5)根据Spearman相关性计算方法计算细菌和真菌微生物菌群与糟醅中主要高级醇含量之间的相关性。结果表明,糟醅中的微生物菌群与糟醅中高级醇含量之间都呈现较好的相关性。(1)EG组糟醅中正丙醇(NPA)含量与红球菌属(Rhodococcus)、uncultured_bacterium_c_Subgroup_6等2个细菌属和哈萨克斯坦酵母(Kazachstania)、酵母属(Saccharomyces)等2个真菌属成显著正相关,而在CG组中未发现与正丙醇有显著相关的菌群。(2)EG组糟醅中仲丁醇(SBA)含量与镰刀菌属(Fusarium)、木霉属(Trichoderma)等13个真菌属成显著正相关,与固氮螺丝菌属(Azospirillum)、多尔氏菌属(Dorea)等3个细菌属和嗜热真菌属(Thermomyces)、酵母属(Saccharomyces)、嗜热子囊菌属(Thermoascus)3个真菌属成显著负相关;而CG组中也同样关联到显著正相关的13个真菌属,这其中绝大多数与EG组相同,CG组关联到的特有真菌属为被孢霉属(Mortierella)和黄瓜织球壳菌属(Plectosphaerella),而EG组关联到的特有真菌属为假丝酵母属(Candida)和锥毛壳属(Coniochaeta)。EG组未关联到显著正相关细菌属,而CG组关联到鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas)、uncultured_bacterium_o_Chloropla等3个显著正相关细菌属。两个组的显著负相关细菌属不同,CG组只关联到醋酸杆菌属(Acetobacter)。CG组中成显著性负相关的真菌属比EG组多了Rasamsonia属这1个属。(3)CG组糟醅中异丁醇(ISOB)含量与片球菌属(Pediococcus)1个细菌属和嗜热真菌属(Thermomyces)、Rasamsonia属、嗜热子囊菌属(Thermoascus)3个真菌属成显著负相关,与镰刀菌属(Fusarium)、枝孢属(Cladosporium)、曲霉属(Aspergillus)等13个真菌属成显著正相关。而在EG组中,未关联到与异丁醇成显著相关的菌群。(4)EG组糟醅中正丁醇(NBA)含量与镰刀菌属(Fusarium)、假丝酵母属(Candida)、曲霉属(Aspergillus)等17个真菌属成显著正相关,与葡萄球菌属(Staphylococcus)、固氮螺丝菌属(Azospirillum)、多尔氏菌属(Dorea)3个细菌属和嗜热真菌属(Thermomyces)、嗜热子囊菌属(Thermoascus)、酵母属(Saccharomyces)3个真菌属成显著负相关。而CG组糟醅中正丁醇含量只与片球菌属(Pediococcus)1个细菌属成显著负相关,再未关联到其它显著相关菌群。(5)EG组糟醅中异戊醇(ISOA)含量与哈萨克斯坦酵母(Kazachstania)、镰刀菌属(Fusarium)等7个真菌属成显著正相关,而CG组中与之成显著正相关的真菌属有镰刀菌属(Fusarium)、曲霉属(Aspergillus)等9个属,两个组共有的显著正相关真菌属为镰刀菌属(Fusarium)、毛壳菌属(Chaetomium)、红菇属真菌(Russula)、黄瓜织球壳菌(Plectosphaerella)4个属。两个组中显著负相关的细菌属都有葡萄球菌属(Staphylococcus),EG组特有的显著负相关细菌属为魏斯氏菌属(Weissella),而CG组特有的显著负相关细菌属为片球菌属(Pediococcus)。EG组中与异戊醇含量成显著负相关的真菌属有2个,而CG组有3个,两组共同的真菌属为嗜热子囊菌属(Thermoascus)和嗜热真菌属(Thermomyces),CG组特有的显著负相关真菌属为Rasamsonia属。(6)综合上述试验结果,分析得出降低北方浓香型白酒中高级醇含量的措施如下:(1)降低新窖池(EG组)中正丁醇含量的措施有:增加“北方派”浓香大曲的添加量以增加嗜热真菌属(Thermomyces)和嗜热子囊菌属(Thermoascus)等与正丁醇成显著负相关菌群的相对丰度;适当降低入窖温度使酵母菌等有益菌得以更好的生长繁殖;添加一定量的活性干酵母以增加酵母菌的接种量;适度降低辅料(糠壳)的用量以减少糟醅中的含氧量;控制入窖酸度和增大粮糟比来调节糟醅的酸度;在CG组老窖泥中筛选减少正丁醇生成的菌株,再通过微生物扰动的方式减少EG组中正丁醇的生成。(2)降低老窖池(CG组)中仲丁醇、异丁醇和异戊醇含量的措施:增加浓香大曲的用量或合理搭配嗜热真菌属和嗜热子囊菌属等相对丰度含量更高的“川派”大曲以增加与这三种高级醇成显著负相关的优势菌群的相对丰度;适当降低入窖温度利于酵母菌等有益菌的增殖,抑制部分产酸杂菌的繁殖;控制入窖糟醅的酸度可以直接调控嗜热真菌属等显著负相关真菌属的相对丰度;减少辅料(糠壳)的用量和加大踩窖的力度,可以降低发酵过程中的氧气含量进而影响酵母菌的增殖代数;添加活性干酵母,同时可以适当添加一定量的糖化酶,在一定范围内使发酵力和糖化力二者之间变得更协调,可以很好的起到降低高级醇的作用。
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