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酱香型白酒发酵过程是一个人工干预下的半开放式传统固态发酵过程,其复杂的微生物群落除了受到环境微生物、原料、环境温度、环境湿度等外源因素的影响,还受到群落自身群落演替、代谢产物变化、自身生物热变化、含水量变化等内源发酵条件的影响。然而,目前对于如何判定发酵群落中核心功能菌群以及发酵条件如何影响群落结构和功能的相关研究还很缺乏。因此,本研究选择A、B两个厂区同时进行的典型酱香型白酒入池发酵过程,系统分析了入池发酵过程中发酵参数、微生物群落、关键代谢途径以及风味代谢产物的变化规律。主要研究内容如下:(1)本研究通过现代风味化学分析方法分析了不同发酵参数的变化规律,发现发酵温度以及乙醇含量的变化速率的趋势基本一致。入池发酵过程酒醅样品中的发酵温度变化速率随着发酵时间的进行呈现先下降后上升的趋势,而入池发酵过程中乙醇含量的变化速率都随着发酵时间的进行呈现先上升后下降的趋势。(2)本研究通过扩增子测序和宏转录组学测序技术联用的方法,解析了酱香型白酒入池发酵微生物群落的结构和功能,建立了在群落菌群演替和功能转变过程中判定核心功能微生物的方法。研究中发现酱香型白酒入池发酵群落中核心功能微生物是库德里阿兹威氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)、拜耳接合酵母(Zygosaccharomyces bailii)以及乳酸杆菌(Lactobacillus spp.)。在入池发酵阶段,库德里阿兹威氏毕赤酵母、酿酒酵母、粟酒裂殖酵母、拜耳接合酵母和乳酸杆菌分别大量表达了丙酮酸代谢中关于产乙醇、乙酸和产乳酸的相关酶,说明四种酵母在发酵前期是核心产乙醇功能酵母,乳酸杆菌在发酵后期是核心产乳酸功能细菌。(3)本研究通过宏转录组学以及模拟发酵实验联用的方法,发现入池发酵群落中粟酒裂殖通过高表达乙醇脱氢酶adh P和yia Y的方法适应高温发酵条件,维持了酱香型白酒的正常产酒。研究中分析了样品中库德里阿兹威氏毕赤酵母、酿酒酵母、粟酒裂殖酵母以及拜耳接合酵母这四种核心功能酵母的乙醇脱氢酶AKR1A1,ADH5,adh P和yia Y表达变化情况。在发酵第15天,B厂区样品中的粟酒裂殖酵母adh P和yia Y得到了高表达,而这两种酶在A厂区样品中表达量很少。通过模拟发酵实验发现,混合培养发酵中粟酒裂殖酵母C-11的乙醇脱氢酶adh P(平均5.93,log2 fold change)和yia Y(平均4.21,log2 fold change)的表达水平高于单独培养发酵的表达水平(分别为平均1.69和平均3.02,log2 fold change)。(4)本研究通过宏转录组学以及模拟发酵实验联用的方法,发现入池发酵群落中粟酒裂殖酵母通过甲羟戊酸途径转化乙酸,降低群落中的乙酸含量。研究中分析了样品中四种核心功能酵母库德里阿兹威氏毕赤酵母、酿酒酵母、粟酒裂殖酵母以及拜耳接合酵母产乙酸相关酶ADH5、ACH1、ACS2、HXT1、VMA7、ATF1、ACCAT1、HMGCS1以及HMGCR1的表达水平(fragments per kilobase per million,FPKM)。在降解乙酸的甲羟戊酸途径中,与其他三种核心功能酵母库德里阿兹威氏毕赤酵母、酿酒酵母以及拜耳接合酵母的HMGCS1(分别为平均0.30、0.12以及0.75 FPKM)和HMGCR1(分别为平均0.03、0.08以及0.09 FPKM)表达量相比,粟酒裂殖酵母具有更高的HMGCS1(平均6.99 FPKM)和HMGCR1表达量(平均1.04 FPKM)。通过模拟发酵实验发现,粟酒裂殖酵母C-11的微生物生物量在试验组(含有10 g·L-1乙酸)和对照组(无添加)之间显示出显著的差异。此外,在模拟发酵实验中,试验组的乙酸含量呈下降趋势,最低为6.40±0.18 g·L-1,甲羟戊酸含量从发酵的36 h到60 h有着显著的上升趋势(曼-惠特尼U检验,p<0.001)。与乙酸降解途径的相关酶ACS2、ACCAT1、HMGCS1以及HMGCR1的表达水平都有了明显的上调(曼-惠特尼U检验,p<0.01)。(5)本研究发现在受到高温发酵和乙酸积累影响的入池发酵过程中,群落中粟酒裂殖酵母能够通过提高丙酸和丁酸代谢关键酶的表达水平从而提高相关醇酸的含量,促进群落中其他挥发性风味代谢产物的生成。不同厂区发酵酒醅样品中,有较大差异的醇酸类挥发性组分有16种,包括1-丁醇、丙酸、丁酸等关键挥发性风味代谢产物。此外,在B厂区的发酵酒醅样品中,库德里阿兹威氏毕赤酵母、酿酒酵母、粟酒裂殖酵母以及拜耳接合酵母能够通过提高丙酸和丁酸代谢途径中的关键酶从而提高丙醇、丁醇以及丙酸、丁酸的含量,从而促进风味代谢产物的生成。通过模拟发酵实验发现,试验组(不含有粟酒裂殖酵母C-11)中乙醇含量最高为26.49±0.32 g·L-1,对照组(含有粟酒裂殖酵母C-11)中乙醇含量最高为29.36±0.31 g·L-1。此外,本研究还发现除了乙醇和乙酸外,有较大差异的醇酸类挥发性组分有5种,包括1-丁醇、戊酸、壬酸、己酸、2-甲基丙酸和庚酸。本研究加深了生产者对于酱香型白酒入池发酵过程中群体代谢机制的认识,为科学有效地、全面系统地提升发酵过程稳定性、可控性打下了坚实的基础,提高了生产者预判和调节发酵过程的能力。