徽派白酒(文王贡)系列曲微生物群落结构及其代谢研究

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曲为酒之骨。大曲作为白酒发酵过程的启动剂和糖化剂,其微生物菌群组成及其代谢决定了白酒的风格与特征。传统大曲的制作是一个多菌种共同作用的自然发酵过程,易受到工人制曲经验、气候、环境等因素的影响。为了提升大曲质量及其稳定性,本研究以徽派白酒的代表之一—文王贡酒大曲的发酵过程为主线,以不同种类大曲为对象,立足于发酵完成后大曲的感官评价,倒推发酵过程中功能微生物的添加,发酵开始前制曲原料的配比对大曲质量的影响。本研究将大曲分为曲皮、火圈、中层、曲心四层进行对比分析,结合高通量测序、大曲理化因子测定、PICRUSt功能预测等方法,系统解析了不同工艺、不同外观大曲的核心微生物群落结构、关键酶及主要的代谢通路。主要研究内容如下:(1)大曲发酵过程完成后,表面会出现不同的“挂衣”现象。本研究对文王贡酒“挂衣”好曲和“挂衣”差曲微生物结构及理化因子等方面进行了对比分析。不同“挂衣”大曲微生物门水平中均是子囊菌门(Ascomycota)和厚壁菌门(Firmicutes)丰度较高。属水平的NMDS分析显示,高丰度微生物属对大曲“挂衣”情况影响较大,通过STAMP分析找出了“挂衣”好曲和“挂衣”差曲的4个高丰度差异微生物属,分别是热子囊菌属(Thermoascus)、曲霉属(Aspergillus)、复膜孢酵母属(Saccharomycopsis)和葡萄球菌属(Staphylococcus)。“挂衣”好坏情况与水分有关,过度“挂衣”会导致糖化力、液化力、发酵力降低。除与细菌相关的糖化和丁酸代谢途径外,其他代谢途径中“挂衣”差曲微生物代谢产生的酶丰度更高。(2)在大曲发酵过程中,本研究人为添加了地衣芽孢杆菌和维莱氏芽孢杆菌对大曲进行微生物强化,并从微生物群落结构及风味物质等方面将制成的强化大曲与常规大曲进行对比。相比于常规大曲,强化大曲中22个微生物属的丰度发生了显著变化。强化大曲每一层的糖化力、发酵力和液化力较常规大曲对应层均有提升,强化大曲中丰度上升的曲霉属(Aspergillus)、Rasamsonia与大曲的糖化力、液化力、酯化力、发酵力呈正相关,丰度下降的热子囊菌属(Thermoascus)与糖化力和液化力存在显著负相关。强化大曲中风味物质总含量也高于常规大曲,丙烯酸异戊酯、3-甲基-1-丁醇等风味物质含量明显增加,苯乙醇和苯乙醛的含量分别增加了19.5%和31.2%。此外,本研究从大曲中筛选出了三株高效产酯酵母。其中一株为海洋胶红酵母(Marine Rhodotorula)产酯效果最好,优化产酯条件为接种量14%、无水冰醋酸0.7%、95%乙醇10%。(3)在大曲发酵前,本研究在制曲原料中加入了白酒发酵过程中的丢糟,制成酒糟再利用曲,并与常规大曲进行了微生物群落及代谢通路等对比分析。酒糟再利用曲与常规大曲的差异微生物主要来自于4个门的25个属。相比于常规曲,酒糟再利用曲曲心层的热子囊菌属(Thermoascus)丰度下降最为明显,中间层的乳杆菌属(Lactobacillus)丰度上升最为明显。酒糟再利用曲每一层的糖化力、液化力、发酵力均显著高于常规大曲的对应层。酒糟再利用曲中富集的微生物,如:曲霉属(Aspergillus)、酵母属(Saccharomycopsis)和糖多孢菌属(Saccharopolyspora)等与大曲的糖化力和液化力呈正相关。常规大曲中细菌的代谢更加旺盛,酒糟再利用曲中真菌的代谢更加旺盛。本文研究了文王贡酒发酵结束后的不同“挂衣”情况、发酵过程中的功能微生物强化、发酵开始前的制曲原料配比对大曲微生物菌群组成及其代谢的影响。为文王贡酒大曲的工艺改良和感官评判提供了数据支撑,也为徽派白酒大曲综合质量和稳定性的提升提供了理论基础。
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