中国白酒酒曲微生物组研究进展及趋势

酒曲是中国白酒酿造过程的糖化发酵剂,对酿造酒体的品质与风味有重要影响,其质量与其中的微生物结构和酶系组成有重要关联。近年来基于现代生物学技术对白酒酒曲微生物组的研究表明,该体系具有丰富的科学内涵与广阔的应用价值。酒曲微生物组具有微生物物种丰度高、酶系功能复杂多样等特点,并与制备环境存在显著交互作用。基于酒曲微生物组特点,研究者通过强化功能微生物制备强化大曲或接种功能微生物制备纯种酒曲,以实现提高酒曲质量与酿造功能的目标。本文就传统白酒酒曲微生物组的基本特征、酒曲微生物组理论应用与实践以及酒曲微生物组研究趋势进行简要综述。     

大曲贮存过程中原核微生物群落结构及风味成分演替规律

【目的】研究大曲贮存过程中原核微生物群落结构及风味成分变化规律,阐述大曲贮存阶段的必要性和重要性,并探索不同微生物种属之间的相互关系,为更好地控制大曲品质提供微生物和风味方面的参考依据。【方法】通过Mi Seq高通量测序剖析大曲成熟过程中原核微生物群落结构变化;利用共存(Co-occurrence)模式方法分析不同种属微生物之间的相关关系,预测其相关性;利用SPME-GC-MS分析贮存过程中大曲风味成分的变化规律。【结果】采用Mi Seq测序方法共得到3 710个OTUs,除不能有效比对的序列外共鉴定出29个门和160个种属。其中,乳杆菌属、芽孢杆菌属、明串珠菌属、高温放线菌属、乳球菌属等是大曲中的优势菌群。随大曲贮存时间推移,贮存前期不断积累酸、醇类物质,后期酯类及含氮类等重要风味物质不断形成,而4-甲基苯酚等异味物质的含量却不断降低。相关性分析结果表明,乳酸菌与乳酸、乙酸等酸类物质之间存在显著的相关性,芽孢杆菌与酸类及含氮化合物之间存在显著的相关性。【结论】大曲贮存过程中,原核微生物结构不断发生调整,风味物质向更优质白酒风味进行变化。除环境因素外,原核微生物的代谢活动对风味物质的形成具有重要的影响,因此大曲贮存是白酒酿造过程中必不可少的环节。     

浓香型白酒窖泥微生物群落结构及其选育应用研究进展

窖池发酵是浓香型白酒酿造的工艺特征。窖泥是酒体生香功能微生物的繁殖载体,窖泥微生物对浓香型白酒风味的形成具有重要作用。近年来,我国学者对窖泥微生物展开了一系列理论和实践研究,取得了丰富的研究成果。本文结合文献资料和本课题组研究工作,介绍了窖泥微生物群落结构的多样性及演替、群落结构与窖泥质量的关系、窖泥微生物选育及应用等方面的研究进展,并针对研究存在的问题提出未来研究方向:系统开展窖泥微生物群落结构的差异化研究;进一步发掘窖泥微生物资源,提升功能微生物的应用潜力;深入研究窖泥培养菌剂的作用机理,实现品质控制。     

基于宏基因组学解析不同质量等级中温大曲微生物组的异质性

【目的】中温大曲是浓香型白酒酿造中的糖化发酵剂和生香剂，目前其质量评价主要依赖于感官和理化特征。已有研究采用扩增子测序初步探索了大曲质量等级与微生物群落组成之间的关联性，但是微生物群落功能对大曲质量的影响尚缺乏深入研究。【方法】本研究采用宏基因组学解析和对比了不同质量等级大曲的微生物群落组成和潜在功能的差异，结合理化性质，聚焦分析了酶活、乳酸和乙酸代谢相关的关键酶基因丰度。【结果】两种等级大曲的真菌群落组成差异显著。一级大曲含有更高相对丰度的丝状真菌，主要分布在曲霉属(Aspergillus, 21.6%)、罗萨氏菌属(Rasamsonia, 6.8%)、拟青霉属(Paecilomyces, 5.0%)和篮状菌属(Talaromyces, 4.4%)等。一级大曲中与环境信息处理和细胞过程相关途径的基因相对丰度普遍显著高于二级大曲。一级大曲中薄层菌属(Hymenobacter)和曲霉属等提供了更高基因丰度的α-淀粉酶，使其具有显著较高的液化力。二级大曲则含有更高相对丰度的横梗霉属(Lichtheimia, 11.8%)、根霉属(Rhizopus, 13.4%)和毕赤酵母属(Pichia, 7.2%)以及乳酸菌类微生物，如伴生乳杆菌属(Companilactobacillus)、魏斯氏菌属(Weissella)和黏液乳杆菌属(Limosilactobacillus)等。二级大曲中与代谢相关途径的基因相对丰度显著较高，如碳水化合物代谢、能量代谢和核苷酸代谢等。二级大曲中较多的乳酸菌类群有利于提高乙醇脱氢酶基因丰度，同时，糖多孢菌属(Saccharopolyspora)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、曲霉属和高温放线菌属(Thermoactinomyces)等提供了更多的羧酸酯酶基因丰度，分别使其具有较高的发酵力和酯化力。此外，二级大曲中较多的乳酸菌还可能产生更多的乳酸脱氢酶，降解乳酸，且更高基因丰度的乙酸代谢相关酶类可促进乙酸分解代谢，使得二级大曲酸度显著低于一级大曲。【结论】本研究在基因水平上研究了不同质量等级大曲酶活和酸度差异的微生物基础，可为建立完善的大曲质量评价体系以及理性地调控群落功能提供理论支撑。     

中国白酒发酵过程中的核心微生物群及其与环境因子的关系

【目的】揭示白酒酿造过程复杂微生物群落中的核心微生物群(core microbiota),定量分析核心微生物群的环境调控因素。【方法】通过高通量测序揭示发酵过程中的微生物群落结构,使用气相色谱-质谱联仪(GC-MS)测定发酵过程中的挥发性化合物。采用微生物群落与挥发性化合物轮廓关联分析获得风味代谢的功能微生物群(functional microbiota);通过微生物共现性网络分析,获得群落组成中的共现微生物群(co-occurring microbiota),两类微生物群的集合即为白酒酿造的核心微生物群。利用冗余分析(redundancy analysis)和蒙特卡洛置换检验(Monte Carlo permutation test)研究每个环境因素对该核心微生物群的影响。【结果】白酒发酵过程中的核心微生物群主要包含10个属,分别是Lactobacillus、Saccharomyces、Candida、Rhizopus、Saccharomycopsis、Pichia、Dipodascus、Bacillus、Thermoascus和Lactococcus。冗余分析和蒙特卡洛置换检验表明,化学因素(还原糖和乙醇)对核心微生物群的变化比物理因素(水分、温度和酸度)具有更加重要的影响作用,此外物理-化学因素的相互作用对核心微生物群的驱动也有很大的影响。【结论】本研究揭示了白酒发酵过程中的微生物群落组成和代谢物轮廓的变化规律及其二者之间的相关关系,确立了发酵过程中的核心微生物群并量化了影响核心微生物群变化的环境因素,为实现合成微生物组生产白酒及其定向调控奠定理论基础。     

保护性耕作对土壤微生物群落及其介导的碳循环功能的影响

农田生态系统耕作方式显著影响土壤微生物群落结构和功能,进而影响土壤微生物介导的土壤碳循环过程。以免耕结合作物秸秆还田为核心的保护性耕作是提升土壤碳汇功能和肥力的重要措施,其中土壤微生物发挥了关键作用。尽管有较多关于保护性耕作下微生物群落结构与功能的研究,但由于土壤系统的复杂性、环境因素以及微生物群落评价方法的差异性,尚未形成对保护性耕作下土壤微生物群落响应规律的系统认知。此外,研究多关注土壤微生物作为分解者的作用以及植物源碳对土壤碳库形成的贡献,而忽略了微生物源碳对土壤碳库形成和稳定的贡献。本文在归纳土壤有机质形成和稳定理论体系演变的基础上,梳理了土壤微生物研究方法的进展,重点阐述了保护性耕作对土壤微生物生物量、群落多样性和组成、碳代谢活性以及微生物源有机碳截获的影响,并对未来该领域的研究方向进行展望,以期为探索农田生态系统土壤微生物群落响应规律及其介导的土壤碳循环功能提供参考。     

浓香型白酒酒醅微生物分子生物学研究

作为我国四大香型白酒之一,浓香型白酒的酿造过程一直深受人们的关注。在浓香型白酒的酿造过程中,窖泥微生物、酒醅微生物、大曲微生物以及环境微生物这三者构成了其特有的酿酒微生物群落。在整个浓香型白酒的酿造过程中,各个微生物群落在酿酒环境中相互作用从而造就了浓香型白酒复杂的风味。由此可见,要想提高浓香型白酒的质量,需要从浓香型白酒酿造过程中的微生物群落研究着手。本文重点对浓香型白酒的酒醅微生物分子生物学进行研究,以期从中获得能够提高浓香型白酒质量的方法。     

大曲发酵酒醅微生物区系的初步研究

用大曲发酵生产白酒是我国酿酒工业的重要特点之一,但对其窖池内发酵酒醅的微生物种类组成及其变化规律的调查研究,以往做得不多。我们曾对西安大曲窖池内酒醅反复多次取样分析,进行过多菌种液态白酒发酵研究。现将酒醅微生物区系调查结果报告如下。     

农业土壤微生物基因与群落多样性研究进展

介绍了群落基因组多样性、结构多样性与功能多样性相互关系的研究方法 ,重点论述了近年来农业土壤微生物群落遗传、结构与功能多样性的研究进展。同时总结了耕作措施和养分管理对农业土壤微生物群落多样性的影响 ,提出微生物序列分析、比较基因组学和微生物芯片技术与传统研究技术结合将有助于对微生物群落结构与功能和生物与环境因素对土壤微生物群落影响的深刻理解     

浓香型大曲原核微生物群落的PCR-SSCP解析

采用PCR-SSCP(单链构象多态性)技术对浓香型大曲发酵过程中原核微生物群落结构的变化情况进行了研究, 结果表明: (1)发酵各时期曲样的群落结构相似, 同时也具有多态性; (2)不同微生物群落具有协同和制约的复杂生态学效应; (3)各时期曲样微生物多样性指数均在1.69~2.01之间, 群落结构相对较稳定; (4)各曲样微生物群落相似性位于0.67~1.00之间, 邻近时期样品间的相似性程度较高。     

油藏微生物群落研究的方法学

油藏微生物群落的解析和认知是开发和应用微生物采油技术的基础。利用各种提高油藏微生物可培养性的方法和非培养技术解析不同油藏微生物的群落结构、功能和多样性,对定向调控油藏微生物群落、开发和应用有效微生物驱油技术具有重要的指导意义。通过调查新近发展的提高微生物可培养性的方法和措施以及不依赖于培养的分子微生物生态学技术,总结了油藏微生物群落研究方法学的最新进展。提高微生物可培养性的方法和措施主要通过模拟微生物的生存环境,减少富营养的毒害作用、添加信号分子维持微生物细胞间的作用和提供新型电子供体和受体等手段采用稀释法、高通量培养法等方法得以实现;不依赖于培养的分子微生物生态学技术主要包括荧光原位杂交、末端限制性片断长度多态性分析、变性梯度凝胶电泳和构建克隆文库等技术。这些方法学的进展为更有效的获得各种油藏微生物资源、调控油藏微生物群落以提高石油采收率提供理论指导。     

传统醋曲储存过程中的微生物多样性

【背景】醋曲是我国传统谷物醋酿造中的重要微生物来源,通常一次制备分批使用。【目的】解析传统醋曲储存过程中微生物群落结构变化规律。【方法】从山西晋南一家百年老醋坊分别采集大曲原料、新制醋曲、储存7个月和12个月的醋曲,利用高通量测序技术分析微生物多样性。【结果】从4组样品中共找到610个真菌可操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU)和747个细菌OTU。子囊菌门(Ascomycota,占比95%)和厚壁菌门(Firmicutes,占比81%)分别为优势的真菌和细菌类群。醋曲成品中约1/3的真菌OTU和约95%的细菌OTU可在醋曲原料中找到,说明原料是醋曲的重要微生物来源。相较于新制醋曲,储存7个月和12个月醋曲中的真菌和细菌多样性均显著降低。醋曲贮存过程中微生物群落结构发生明显改变,并且相较于真菌群落结构,细菌群落结构更易波动。相较于醋曲原料,醋曲成品中显著富集扣囊复膜孢酵母(Saccharomycopsis fibuligera)、东方伊萨酵母(Issatchenkiaorientalis)等真菌,以及克罗彭斯特菌属(Kroppenstedtia)...     

微生物发酵床养猪技术研究进展

微生物发酵床养猪模式是一种新型的低能耗、环保健康养殖方式。本文从微生物发酵床养猪技术原理、垫料的组成与管理技术、垫料微生物群落结构、对病原微生物的抑制作用、挥发性物质以及用后垫料资源化利用技术等方面综述了国内微生物发酵床养猪技术进展,分析了该技术推广应用中存在的问题,并提出构建微生物发酵床垫料资源化利用体系作为今后重点研究与发展方向。     

内源微生物驱油及其对油藏微生物活动的影响

【目的】新疆油田六中区为典型水驱普通稠油油藏，水驱效果较差，油藏具有丰富的内源微生物，本研究通过分析内源微生物驱油对油藏微生物活动的影响，确定内源微生物驱油技术在该类油藏的应用潜力。【方法】采用高通量测序及分析化学技术，系统研究实施内源微生物驱油技术后油藏细菌群落结构组成、细菌总数和功能菌群的浓度以及采出液的流体性质，总结内源微生物驱油对油藏微生物活动的影响。【结果】现场试验注入激活剂和空气后，内源微生物被显著激活，细菌群落结构发生明显变化，细菌总数及功能菌群浓度普遍提高了2–3个数量级；各种内源微生物代谢活动显著增强，与地层流体相互作用后，原油明显被乳化，最终石油采收率提高5.2%。【结论】对于内源微生物较为丰富的水驱普通稠油油藏，内源微生物驱油技术对油藏微生物活动的影响显著，具有显著的技术优势和较大的应用潜力，微生物群落结构、功能菌群浓度及其相关代谢产物可以作为评价内源微生物驱油现场激活效果的重要指标，为其他内源微生物驱油现场试验提供技术参考。     

Risk Assessment,Microbial Communities,and Pollution-Induced Community Tolerance

Until recently, parameters from microorganisms were generally not included in risk assessment at a comparable level to animals and plants. However, the major part of global biomass, biodiversity, and ecosystem processes is present in the microbial world and microbiological techniques applicable to risk assessment are becoming available. Two microbial indicators are described based on the usage of multiwell plates with different substrates and a redox indicator for monitoring mineralisation. With both techniques autochthonous microbial communities are analysed. Producing functional fingerprints of the microbial community gives insights into the composition of different functions. This is equivalent to observations of ecological abundance and species composition. When lack of reference sites or reference data renders risk assessment difficult, measurement of the pollution-induced community tolerance (PICT) can provide useful information.     

白酒可培养微生物数据库构建

[目的] 白酒可培养微生物的分离筛选是白酒行业重要的研究内容,本文旨在构建中国白酒生产环境中可培养微生物信息数据库。[方法] 数据库信息主要来源于通过人工查阅和整理目前已发表的白酒微生物的相关的文献报道和菌种保藏中心相关的筛选自白酒生态系统的微生物信息。数据库主要设计3个功能：（1）白酒可培养微生物信息检索：通过菌株名称、分离位置、培养基、代谢产物等为条件检索相关的白酒可培养微生物信息,从而获取该白酒微生物详细的生理生化与分类学信息;（2）培养基信息检索：通过特定培养基成分,培养基编号和名称检索相关的培养基信息,包括培养的组成和配制方法。（3）数据更新：在线上传新的可培养微生物和培养基信息。[结果] 目前数据库共收1221种白酒可培养微生物和295种培养基信息,网址为：http：//cmbaijiu.i-sanger.com/。[结论] 本数据库是我国白酒领域首个可培养微生物信息的数据库,将有助于白酒微生物培养的相关研究工作开展。     

液质发酵食品中微生物群落及与乳酸菌间相互作用研究进展

液质发酵食品发酵过程中微生物组成复杂,复杂的微生物发酵体系会影响微生物的生长和代谢,继而改变微生物的群落结构与功能,最终影响液质发酵食品的品质。乳酸菌在食品发酵中对形成风味物质、提高营养价值、抑制腐败菌生长具有重要的作用。本文主要对近年来食醋、酱油和饮料酒等液质发酵食品中微生物群落及与乳酸菌间相互作用关系进行综述,了解液质发酵食品在发酵过程中微生物群落结构和群落中乳酸菌与其他微生物的相互作用类型,探讨乳酸菌在发酵过程中的功能以及乳酸菌与其他微生物之间的相互作用机制。