酱香型白酒酿造主要功能菌株对拜耳接合酵母的作用

【背景】拜耳接合酵母(Zygosaccharomyces bailii)是酱香型白酒自然酿造过程中的优势菌株,但白酒酿造功能菌株对其酿造特征的影响尚不清晰。【目的】分析酱香型白酒酿造体系中3株主要功能菌株对Z.bailii的作用,揭示其在白酒酿造过程中的发酵特征。【方法】分别构建拜耳接合酵母与酿酒酵母、布氏乳酸杆菌和地衣芽孢杆菌的共培养体系,比较生物量、p H、乙醇及风味物质代谢差异;基于表型差异,从转录组学角度进一步分析拜耳接合酵母与地衣芽孢杆菌共培养的代谢机制。【结果】在共培养体系中,拜耳接合酵母的生长及乙醇代谢受到酿酒酵母的抑制,而不受布氏乳酸杆菌和地衣芽孢杆菌的影响。同时,拜耳接合酵母与酿酒酵母、布氏乳酸杆菌共培养时的风味物质产量下降;但与地衣芽孢杆菌共培养时,其风味代谢却显著提高,其中醇类、酸类、酯类和醛类物质含量较其纯培养时分别上升了41%、36%、44%和73%。转录组数据分析表明,与地衣芽孢杆菌共培养时,拜耳接合酵母中与碳水化合物代谢和氨基酸代谢相关的基因表达显著上调(≥2-fold,P0.05),而碳水化合物和氨基酸是风味物质的主要来源,其相关基因的表达上调有助于拜耳接合酵母的风味代谢。【结论】共培养体系中,地衣芽孢杆菌促进了拜耳接合酵母风味代谢,使之形成更多的醇类、酸类、酯类及醛类物质。研究拜耳接合酵母与主要酿造微生物共培养时的发酵特征,有助于正确认识其在酱香型白酒发酵过程中的功能和应用。     

产酱香地衣芽孢杆菌CGMCC 3963耐受特征及基于转录组学的耐受机制分析

【目的】地衣芽孢杆菌是茅台酒高温大曲中能产酱香风味物质的主要微生物,对酱香型白酒的酿造具有重要价值。而酱香型白酒的酿造环境具有高渗、高温、酸性、高乙醇胁迫等特征,研究产酱香地衣芽孢杆菌在环境胁迫下的耐受特征有利于认识酱香型白酒的酿造特征。【方法】以一株产酱香地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis CGMCC 3963)为研究对象,测定其耐渗、耐酸、耐乙醇特征,并从比较转录组学角度系统分析B.licheniformis CGMCC 3963的耐受机制。【结果】B.licheniformis CGMCC 3963在15%的KCl、15%的Na Cl、p H 4.0的酸性环境或6%乙醇浓度下的生长情况明显优于不产酱香的模式菌株B.licheniformis ATCC 14580。转录组比较分析显示B.licheniformis CGMCC 3963中一系列与耐受相关的基因表达有差异。【结论】来源于酿造环境的B.licheniformis CGMCC 3963耐受能力强于B.licheniformis ATCC 14580,一系列与耐受相关的基因表达有差异。编码脯氨酸和甜菜碱等溶质转运、离子外排、钾离子通道蛋白等基因的差异表达,使得高渗胁迫下B.licheniformis CGMCC 3963生长明显优于B.licheniformis ATCC 14580;编码II类热休克蛋白、乙醇脱氢酶、氧化应激、p H动态平衡等相关基因的差异表达,在提高菌株耐受酸性环境能力上起了重要作用;II类及III类热休克基因的高表达对B.licheniformis CGMCC 3963耐乙醇能力起了重要作用。     

酱香型白酒发酵中两株主要乳酸菌对酿造微生物群体的影响

【目的】研究从酱香型白酒发酵酒醅中分离得到的2株主要乳酸菌Lactobacillus homohiochii XJ-L1和Lactobacillus buchneri XJ-L2对酱香型白酒发酵中酿造微生物群体的作用,并探索该种相互作用对酱香型白酒品质的影响。【方法】结合抑菌实验和组合发酵实验研究L. homohiochii XJ-L1和L. buchneri XJ-L2对酿造微生物群体生长的影响,通过对纯培养和共培养体系中代谢物的比较,研究2株优势乳酸菌对主要酿造酵母风味相关代谢产物的影响。【结果】L. buchneri XJ-L2能够抑制3株芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens XJ-B1,Bacillus subtilis XJ-B2,Bacillus licheniformis XJ-B3)、5株霉菌(Aspergillus oryzae XJ-M1,Aspergillus niger XJ-M2,Aspergillus flavus XJ-M3,Aspergillus albicans XJ-M4,Rhizopus oryzae XJ-M5)、2株酵母(Schizosaccharomyces pombe XJ-Y4,Geotrichum candidum XJ-Y5)的生长;L. homohiochii XJ-L1和L. buchneri XJ-L2能够促进3株主要酵母(Saccharomyces cerevisiae XJ-Y1,Zygosaccharomyces bailii XJ-Y2,Pichia galeiformis XJ-Y3)的生长,同时促进其酸类、醇类、酯类等风味物质的代谢。【结论】L. homohiochii XJ-L1和L. buchneri XJ-L2可促进3株主要酵母的生长代谢,同时L. buchneri XJ-L2明显抑制细菌、霉菌和少数酵母的生长,以此促进和维持主要酵母在酱香型白酒发酵过程中的生态地位,从而影响酒中酸类、醇类、酯类等风味物质的形成,保证酱香型白酒的品质。因此,适当比例的乳酸菌对维持酿造微生物区系平衡,生产典型酱香品质白酒具有重要意义。     

酱香型白酒发酵中地衣芽孢杆菌与酿酒酵母的相互作用

【目的】为解析酱香型白酒酿造群体微生物的发酵过程, 研究了酱香型白酒酿造中重要微生物地衣芽孢杆菌与酿酒酵母之间的相互作用, 并对它们之间的作用机制进行初步探讨。【方法】通过地衣芽孢杆菌与酿酒酵母共培养体系的构建, 认识了两者的相互作用, 初步分析了酿酒酵母产生抑制物的分子量, 耐热性及对蛋白酶敏感性等特性。【结果】研究表明, 酿酒酵母发酵造成的酸性环境以及某些代谢物质能够抑制地衣芽孢杆菌的生长, 这些物质分子量大于10 kD, 对热和蛋白酶敏感。【结论】白酒酿造中酿酒酵母通过产酸以及大分子的蛋白质类物质对地衣芽孢杆菌生长形成抑制, 该研究促进了对白酒酿造群体微生物发酵过程的解析。     

酿酒酵母与地衣芽孢杆菌相互作用及基于蛋白组学的作用机制分析

【目的】为解析酱香型白酒发酵过程中群体微生物的酿造特征,研究酱香型白酒酿造中贡献特征风味的地衣芽孢杆菌和贡献酒精的酿酒酵母之间的相互作用。【方法】通过构建酿酒酵母纯培养及与地衣芽孢杆菌共培养发酵体系,比较不同培养体系中的生物量、乙醇产量及有机酸产量差异,并从蛋白组学角度加以分析和认识二者之间的相互作用。【结果】在共培养体系中,酿酒酵母抑制地衣芽孢杆菌生长,其自身生长不受地衣芽孢杆菌的影响,然而代谢产物却发生变化,其中乙醇及有机酸中的丙酮酸、苹果酸、乳酸、琥珀酸及酒石酸的最高产量分别高出其纯培养的11.8%、56.8%、36.3%、24.3%、48.2%及27.7%,而柠檬酸的最高产量低于其纯培养的35.1%;蛋白组分析显示,地衣芽孢杆菌诱导酿酒酵母胞内69个蛋白差异表达(>2倍),质谱鉴定出24个,主要功能为参与糖酵解过程、乙醇代谢过程、细胞壁稳定性调控及应激反应等。糖酵解和乙醇代谢途径相关蛋白对酿酒酵母混合培养条件下的代谢变化起重要作用,其余蛋白可能与微生物相互作用时的防御和适应性相关。【结论】在混合培养发酵体系中地衣芽孢杆菌能够影响酿酒酵母的乙醇及有机酸代谢,这对于白酒品质调控及微生物间相互作用都具有重要意义。蛋白组学结果为从分子层面深入认识酿酒酵母与地衣芽孢杆菌之间的相互作用提供理论基础,有利于促进酱香型白酒发酵过程中群体微生物酿造特征的解析。     

酱香型白酒发酵中地衣芽孢杆菌前噬菌体的鉴别

【背景】噬菌体是微生物群落的重要组成部分,但传统白酒发酵中噬菌体的分类和存在尚不清楚。【目的】通过检测公共数据库和酱香型白酒发酵中地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)基因组中的前噬菌体整合区域,探究传统酱香型白酒发酵中关键功能菌株的前噬菌体分类和侵染情况。【方法】使用未培养(细菌全基因组分析)和可培养(菌株筛选和特异性PCR反应)技术对不同环境来源和来自酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌前噬菌体的分类和存在进行解析。【结果】细菌全基因组分析显示,30株来自不同环境的地衣芽孢杆菌基因组中共注释到165个前噬菌体,其中63.6%(105/165)为完整前噬菌体序列。97.1%感染地衣芽孢杆菌的噬菌体属于长尾噬菌体科(Siphoviridae),2.9%属于肌尾噬菌体科(Myoviridae),53.0%完整前噬菌体的基因功能未知。在来自酱香型白酒发酵的B. licheniformis MT-B06中检测到7个前噬菌体整合序列,其中57.1%(4/7)为完整前噬菌体序列,来自酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌存在多种不同前噬菌体的共感染。来自酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌前噬菌体存在来自细菌基因组上相邻CotD孢子外壳蛋白(CotD family spore coat protein)基因的水平基因转移。在26株来自酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌中,69.2%(18/26)存在噬菌体编码主要衣壳蛋白的基因,100.0%(26/26)存在噬菌体编码CotD孢子外壳蛋白的基因。【结论】来自不同环境的地衣芽孢杆菌和酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌中存在高水平的前噬菌体整合,来自酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌前噬菌体中广泛存在来源于宿主的CotD孢子外壳蛋白基因的水平基因转移。本研究为首次对传统发酵白酒中噬菌体的分类和存在进行探究,有助于对发酵微生物群落中噬菌体-细菌相互作用加深理解。     

酱香型白酒发酵中酵母群落结构及其对风味组分的影响

【目的】研究酱香型白酒发酵过程中酵母群落结构,及其对酱香型白酒生产的影响。【方法】通过变性梯度凝胶电泳(DGGE)和实时荧光定量PCR(RT-q PCR)技术分别对产量、酒质较高的第五轮次和较低的第七轮次发酵过程中的酵母群落结构进行解析,同时利用顶空固相微萃取气质联用(HS-SPME-GC-MS)以及高效液相色谱(HPLC)技术分析酒醅中的代谢组分,初步分析了酵母群落对酱香型白酒产量及品质的影响。【结果】用DGGE方法从酒醅中的检测到Issatchenkia orientalis、Torulaspora delbrueckii、Pichia galeiformis、Schizosaccharomyces pombe、Galactomyces geotrichum、Trichosporon asahii、Zygosaccharomyces bailii、Saccharomyces cerevisiae和Pichia fabianii等9种含量丰富的酵母,其中G.geotrichum和S.cerevisiae是第五轮的优势酵母,而第七轮的优势酵母增加了I.orientalis和Z.bailii两种酵母,且Sc.pombe未检测到。第七轮发酵过程中5种酵母在发酵后期衰亡明显,第五轮酵母群落结构相对更稳定;发酵前期第五轮酵母总量是第七轮的2–5倍,而发酵结束时第五轮乙醇含量达到第七轮次的2.45倍。酒醅中挥发性风味组分种类丰富,第五轮中酯类等白酒中重要的风味物质含量明显高于第七轮,有机酸和杂醇油含量低于第七轮。【结论】酱香型白酒酿造过程中酵母菌群多样性较丰富,酵母菌群结构变化对白酒产量及品质影响明显,这为酱香型白酒酿造机制研究奠定了基础。     

中国酱香型白酒酿造酿酒酵母的独特生理代谢特征

【目的】酿酒酵母是白酒发酵的主要微生物,对白酒的产量及质量都有重要影响。而酱香酒酿造环境具有高温、酸性、高乙醇等胁迫因素,研究其中酿酒酵母的生理代谢特征并有目的地应用于白酒实际生产中的意义。【方法】从酱香酒酿造环境中筛选一株性能优良的酿酒酵母菌株,比较其与酿酒酵母模式菌株S288c和商业酵母的生理代谢特征。【结果】从酱香型酒醅中筛选得到性能优良的Saccharomyces cerevisiae MT1,该菌株可耐受高温42 °C,高浓度乙醇(16%,体积比),低pH (2.0),其最大比生长速率和最大比产乙醇速率分别达到了S288c的125%和114%,其乙醇转化率也要高于其他菌株。一些挥发性物质只有在MT1的发酵液中可检测到,包括苯并噻唑、2,3-二氢苯并呋喃、4-乙烯基愈创木酚以及丁羟甲苯等,MT1的苯乙醇、法呢醇、橙花叔醇、乙偶姻和大马酮量也要高于S288c。另外,MT1可以利用多种碳源发酵产乙醇,如半乳糖、麦芽糖、蜜二糖、松二糖、海藻糖和棉子糖等。【结论】来源于酱香酒酿造的S. cerevisiae MT1具有高耐受力、高效的发酵性能及更广泛的碳源利用图谱,并能生成多种挥发性物质。     

高温大曲中地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis CGMCC 3963)的耐高温特征

【目的】高温大曲的使用是中国酱香型白酒酿造的特征之一,耐高温的细菌是高温大曲中重要的优势功能菌,它们对酱香型白酒的酿造具有重要的价值。研究高温大曲中细菌的耐高温特征对于认识酱香型白酒的酿造特征具有一定的作用。【方法】本文以中国白酒高温大曲中筛选获得的一株具有自主知识产权的耐高温功能细菌地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)CGMCC 3963为对象,测定其耐高温特征,并首次通过细胞形态学的分析,以及转录组学等技术的应用系统研究了B.licheniformis CGMCC 3963的耐高温机制。【结果】地衣芽胞杆菌B.licheniformis CGMCC 3963能够耐受55℃高温生长。在高温条件下,该菌仍具有较旺盛的代谢生长能力,且产生大量荚膜,同时大量I类热休克蛋白基因以及聚谷氨酸合成基因的表达水平均得到明显提高。【结论】B.licheniformis CGMCC 3963在高温下,I类热休克蛋白以及以聚谷氨酸为主要成分的荚膜大量产生,对功能细菌耐高温具有重要的作用。该结果首次从分子水平认识了中国白酒酿造微生物的耐高温特征,丰富了白酒酿造微生物学的科学理论。     

角蛋白酶生产菌株的分离筛选与鉴定

【目的】分离筛选具有高效脱毛能力的野生角蛋白酶生产菌株,开发无硫制革生物脱毛剂。【方法】以贮备原料皮的特定环境中的污水样品为菌株源、在含诱导物脱脂羊毛粉的培养基中的富集、筛选与评估其发酵液脱毛能力的多相筛选方法分离选育高产角蛋白酶野生菌株。通过形态学、生理生化特征,Biolog全自动分析以及16SrDNA基因序列分析等方法多尺度地鉴定目的菌株。【结果】定向筛选得到了一株高活力,无硫脱毛效率高的菌株。鉴定结果表明,该菌株为地衣芽孢杆菌属,故命名为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)X-47。【结论】应用多相定位选育技术筛选出的菌株地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)X-47,产角蛋白酶活力高,脱毛效率高,对胶原作用力弱的特点,具有开发无硫脱毛生物助剂的潜力。     

酱香型与清香型白酒发酵过程中乳酸菌菌群的差异性分析

【目的】为认识乳酸菌在中国白酒酿造过程中的作用与影响, 分析、比较了酱香型与清香型白酒发酵过程中乳酸菌的菌群结构及其差异。【方法】运用PCR-DGGE技术分析酱香型与清香型白酒发酵过程中乳酸菌群的演变规律。并利用传统微生物分离筛选方法进一步确定酱香型白酒发酵中的主要乳酸菌种。【结果】DGGE图谱表明, 白酒发酵过程中的主要乳酸菌种是乳杆菌。但两种香型白酒发酵过程中乳酸菌群组成及动态变化均呈现出明显的差异。清香型白酒酒醅中Lactobacillus fuchuensis是优势菌种, 而酱香型白酒发酵中检测到多种含量较高的乳酸菌种。利用MRS培养基从酱香型白酒酒醅中共筛选获得5种乳酸菌种。通过两种方法, 确定Lactobacillus homohiochii是酱香型白酒发酵过程中含量最高的乳酸菌。【结论】深入研究白酒发酵过程中乳酸菌的组成及分布规律, 对于更好地认识中国白酒酿造中主要的细菌类群——乳酸菌的作用, 具有重要的理论意义和实践价值。     

荧光定量PCR法定量白酒固态发酵过程中产土味素的链霉菌

【目的】荧光定量PCR法具有特异性高、灵敏度高等优点,在定量复杂环境中微生物数量方面得到广泛应用。本文采用荧光定量PCR方法对固态白酒发酵过程产土味素链霉菌进行定量分析并验证其准确性。【方法】通过优化大曲和酒醅中微生物基因组提取方法,并建立相应的大曲和酒醅两种基质条件下的荧光定量PCR标准曲线,并对方法的精度和准确度进行验证分析。采用荧光定量PCR方法对大曲和酒醅中产土味素链霉菌进行定量分析。【结果】结果表明大曲中产土味素链霉菌数量在105数量级,并且清茬曲中此类链霉菌数量最高。酒醅发酵起始阶段产土味素链霉菌数量在104数量级,而后随着发酵的不断进行,酒醅中此类链霉菌数量有所减少。【结论】荧光定量PCR方法能够对白酒固态发酵过程中产土味素链霉菌准确进行定量分析,对采用此方法定量其他微生物具有借鉴意义。     

耐乙酸乳杆菌的筛选及其产乳酸特性

【背景】耐受乙酸的乳酸菌是传统谷物醋醋酸发酵过程中产生乳酸及其风味衍生物的重要功能微生物。【目的】从镇江香醋醋醅中分离鉴定具有耐乙酸特性的乳酸菌,并评价不同条件下该菌株的产乳酸能力。【方法】利用4%(体积比)乙酸含量的MRS培养基分离耐乙酸乳酸菌;对其进行16S rRNA基因鉴定、基因组测序、形态观察以及生理生化特性研究;考察不同乙酸浓度、葡萄糖浓度、发酵温度和时间对菌株产乳酸能力的影响。【结果】分离得到一株可耐受6%乙酸的乳杆菌Lactobacillus sp. JN500903;在厌氧静置、接种量5%、乙酸浓度5%、葡萄糖浓度40 g/L、发酵温度37°C、发酵时间10 d条件下,该菌株乳酸产量为16.1 g/L。【结论】乳杆菌JN500903能够耐受6%乙酸浓度,具有在酸性环境下合成乳酸的能力,有一定的应用潜力。     

Direct fermentation of raw starch using a Kluyveromyces marxianus strain that expresses glucoamylase and Alpha‐amylase to produce ethanol

Raw starch and raw cassava tuber powder were directly and efficiently fermented at elevated temperatures to produce ethanol using the thermotolerant yeast Kluyveromyces marxianus that expresses α‐amylase from Aspergillus oryzae as well as α‐amylase and glucoamylase from Debaryomyces occidentalis. Among the constructed K. marxianus strains, YRL 009 had the highest efficiency in direct starch fermentation. Raw starch from corn, potato, cassava, or wheat can be fermented at temperatures higher than 40°C. At the optimal fermentation temperature 42°C, YRL 009 produced 66.52 g/L ethanol from 200 g/L cassava starch, which was the highest production among the selected raw starches. This production increased to 79.75 g/L ethanol with a 78.3% theoretical yield (with all cassava starch were consumed) from raw cassava starch at higher initial cell densities. Fermentation was also carried out at 45 and 48°C. By using 200 g/L raw cassava starch, 137.11 and 87.71 g/L sugar were consumed with 55.36 and 32.16 g/L ethanol produced, respectively. Furthermore, this strain could directly ferment 200 g/L nonsterile raw cassava tuber powder (containing 178.52 g/L cassava starch) without additional nutritional supplements to produce 69.73 g/L ethanol by consuming 166.07 g/L sugar at 42°C. YRL 009, which has consolidated bioprocessing ability, is the best strain for fermenting starches at elevated temperatures that has been reported to date. © 2014 American Institute of Chemical Engineers Biotechnol. Prog., 30:338–347, 2014     

清香型白酒中乳酸菌和酵母菌的相互作用

【目的】探究清香型白酒中不同乳酸菌和酵母菌的相互作用,了解不同菌株的发酵性能,为更深入地认识白酒发酵机理、实现发酵过程优化提供理论基础。【方法】利用程序控温和固态发酵模拟清香型白酒酿造环境,测定纯培养和共培养中菌株的理化指标、活菌数以及主要代谢产物的变化。【结果】Saccharomyces cerevisiae YJ1糖消耗快产乙醇和酯类物质多,Lactobacillus plantarum JMRS4糖消耗快产酸较多。共培养中乳酸菌对Saccharomyces cerevisiae YJ1的生长和产乙醇抑制较大,对Candida aaseri MJ7产乙醇几乎无影响。乳酸菌对Pichia kudriavzevii MJ14的生物量和乙醇代谢抑制作用较小,还对其产己酸乙酯、乙酸乙酯和异戊醇等代谢产物有促进作用;而反过来Pichia kudriavzevii MJ14对3株乳酸菌产乳酸均有抑制作用,对产乙酸则有促进作用。【结论】建立了一种固态培养方法,结合清香型白酒发酵温度变化规律,有效模拟了实际发酵环境。Pichia kudriavzevii MJ14在与乳酸菌共培养中受到的抑制较小并能有效抑制乳酸菌产乳酸,Saccharomyces cerevisiae YJ1能代谢产生多种风味物质,对清香型白酒酿造有重要意义。     

Aerobic sugar metabolism in the spoilage yeast Zygosaccharomyces bailii

Despite the importance of some Zygosaccharomyces species as agents causing spoilage of food, the carbon and energy metabolism of most of them is yet largely unknown. This is the case with Zygosaccharomyces bailii. In this study the occurrence of the Crabtree effect in the petite-negative yeast Z. bailii ATCC 36947 was investigated. In this yeast the aerobic ethanol production is strictly dependent on the carbon source utilised. In glucose-limited continuous cultures a very low level of ethanol was produced. In fructose-limited continuous cultures ethanol was produced at a higher level and its production increased with the dilution rate. As a consequence, on fructose the onset of respiro-fermentative metabolism caused a reduction in biomass yield. An immediate aerobic alcoholic fermentation in Z. bailii was observed during the transition from sugar limitation to sugar excess, both on glucose and on fructose. The analysis of some key enzymes of the fermentative metabolism showed a high level of acetyl-CoA synthetase in Z. bailii growing on fructose. At high dilution rates, the activities of glucose- and fructose-phosphorylating enzymes, as well as of pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase, were higher in cells during growth on fructose than on glucose.