洋河酒窖泥细菌群落结构与菌株产酸能力分析

【背景】窖泥微生物的种类及其代谢产物类型是影响浓香型白酒发酵过程中丁酸和己酸等白酒中主要有机酸合成的影响因素之一。【目的】揭示浓香型白酒不同窖龄窖泥细菌群落结构,研究厌氧细菌产酸性能,阐明窖泥细菌与白酒中有机酸合成的相关性。【方法】通过Illumina HiSeq高通量测序,基于16S rRNA基因序列分析不同窖龄窖泥细菌的组成。分离获得厌氧细菌,通过比较菌株产丁酸和己酸能力来分析窖泥的微生物代谢特性。【结果】洋河酒窖泥细菌主要分布于梭菌纲(Clostridia)、拟杆菌纲(Bacteroidia)、互营养菌纲(Synergistia)和芽孢杆菌纲(Bacilli)。20年窖龄的窖泥中氢孢菌属(Hydrogenispora)和瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)丰度显著增加。窖泥细菌间相关性分析表明,瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)为窖泥中影响最大的核心微生物,很多微生物与梭菌属(Clostridium)菌株之间多为相互促进关系。通过传统可培养方法共分离得到梭菌目(Clostridiales)的20株厌氧菌。其中梭菌属(Clostridium)菌株产酸能力高于其他菌属,酪丁酸梭菌(Clostridium tyrobutyricum)和丁酸梭菌(Clostridium butyricum)产丁酸和己酸的能力最强。产丁酸能力最高的菌主要分离自5年和20年窖龄窖泥,产己酸能力最高的菌分离自20年窖龄窖泥。【结论】解析了浓香型白酒不同窖龄窖泥的细菌组成,并对菌株产丁酸和己酸的能力进行了比较,为揭示窖泥微生物功能及其对白酒风味物质合成的影响奠定了相关的研究基础。     

己酸菌的分离筛选及发酵条件的研究

己酸菌所生成的己酸是生产浓香型白酒主体香气己酸乙酯的主要成分,将其应用于白酒的生产,可提高白酒的香气和质量．从我省富裕酒厂的窖泥中分离到一株高产己酸的菌株,通过发酵条件的研究,该菌株己酸最高产量可达540mg／100ml。     

浓香型白酒大曲微生物群落结构研究进展

大曲通常作为发酵剂用于酿造传统中国白酒,其提供各类微生物菌系和酶系启动白酒发酵,影响白酒风味和独特风格。近年来,对大曲微生物群落结构的研究成为研究热点,研究人员对大曲微生物群落结构、基因功能和功能微生物等进行了广泛而深入的研究,对大曲微生物组成、变迁规律和功能的认识逐渐清晰。本文综述了浓香型大曲微生物群落结构分析方法、主要微生物组成、重要功能微生物和微生物溯源,为研究大曲微生物群落结构、优化大曲生产工艺和改善白酒品质提供一定的理论依据。     

浓香型白酒发酵过程中窖内古菌群落分布特征

泥窖池多菌种固态发酵是浓香型白酒的典型特点,其中古菌是重要的酿造功能菌,但目前对发酵过程古菌的群落分布及多样性尚缺乏研究。采用高通量测序技术,分析了浓香型白酒发酵过程酒醅与窖泥中古菌的生物量、群落组成与演替规律,并通过共现性网络分析了古菌与细菌的潜在互作关系。结果表明,窖泥中古菌平均生物量约是酒醅的200倍,两者之间古菌群落的结构差异不显著 (r=0.017,P=0.074),但演替规律存在显著相关性 (r=0.30,P=0.03)。甲烷杆菌属 Methanobacterium 是酒醅与窖泥中丰度占比最高的古菌,其他优势群类依次为甲烷八叠球菌属 Methanosarcina、甲烷粒菌属 Methanocorpusculum、甲烷囊菌属 Methanoculleus 和甲烷短杆菌属 Methanobrevibacter。共现性网络分析显示甲烷杆菌属在酒醅与窖泥中与多数细菌为正相关,特别是与窖泥中主要细菌氢孢菌属Hydrogenispora 和产己酸菌属 Caproiciproducens。研究结果揭示了浓香型白酒窖池中古菌群落的时空分布特点及潜在功能。     

中条山野生葡萄产香酵母的筛选及其混菌发酵对葡萄酒香气成分的影响

【背景】产香酵母可赋予葡萄酒独特的香气,因此,分离筛选优良产香酵母对酿造具有地域风味的特色葡萄酒具有重要意义。【目的】从中条山野生葡萄中筛选产香酵母,进行种群鉴定和生理生化特性研究,并将其应用于葡萄酒发酵过程,研究其对葡萄酒香气成分的影响。【方法】采用稀释涂布平板法从中条山野葡萄中分离筛选酵母菌,对其进行分子生物学鉴定。优选其中具有显著香气的产香酵母,与酿酒酵母F15进行混合发酵,采用气相色谱质谱联用(gas chromatograph-mass spectrometer,GC-MS)对香气成分进行分析,采用半定量法测定香气成分含量。【结果】共分离获得各种菌株13株,26S rRNA基因D1/D2区序列分析表明它们分布于Issatchenkia、Torulaspora、Pichia、Saccharomyces和Rhodotorula等5个不同属内。优选其中一株香气较为浓郁的酵母菌株Issatchenkia orientalis strain XS-6开展研究,结果发现该菌株最高耐受乙醇浓度为8%,最高耐受NaCl浓度为6%,最适生长温度为38℃。与酿酒酵母F15混菌发酵的葡萄酒中共检测出31种香气成分。香气物质总含量较单菌发酵增加19.8%,其中11种香气成分含量增加明显,尤其是具有玫瑰香气的苯乙醇。醇类与酯类物质含量较单菌发酵增加19.6%,并发现了香草酸乙酯(ethyl vanillate)、邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate)等7种新的酯类物质。【结论】产香酵母XS-6对乙醇、NaCl、温度等具有良好的耐受性,而且与酿酒酵母F15混菌发酵对西拉葡萄酒香气成分具有明显的影响,可能在改善葡萄酒风味方面具有潜在的应用价值。     

三种酒曲酿造的崇明老白酒的挥发性风味物质分析及比较

分别采用八二酒曲、纯种米根霉曲及酿酒酵母曲、纯种米根霉曲和粘红酵母曲按崇明老白酒工艺酿造老白酒,应用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用法对样品进行挥发性物质的检测,并对其进行醇酯比、香气活力值(OAVs)的计算及主成分分析,筛选出较佳的酒曲,得出崇明老白酒的主体香气.辛酸乙酯、1-辛烯-3-醇、3-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯和乙酸异戊酯的OAVs大于10,是崇明老白酒的主要呈香物质.由八二酒曲酿造的酒液挥发性物质总量最高,醇酯比为5.89∶1,呈香物质以具蘑菇香的1-辛烯-3-醇为主.米根霉和酿酒酵母曲酿造的酒液酯类、芳香族化合物种类最多,醇酯比3.24∶1,香气以丁酸乙酯的甜香、苯乙醛、苯乙醇和乙酸苯乙酯的玫瑰花香为主要特征.米根霉和粘红酵母曲酿造的酒液挥发性化合物总量最低,醇酯比为2.86,主要香气特征为辛酸乙酯的甜香和己酸乙酯的水果香.纯种曲酿造的酒液的香气类型、风味种类比例、呈香物质的丰富程度均优于八二酒曲酿造的酒液.     

多粮浓香型白酒中特征酵母菌与耐酸乳杆菌的关系

【背景】多菌种协同代谢是浓香型白酒发酵的根本特征之一。【目的】探究多粮浓香型白酒发酵过程中功能微生物菌株间的相互协作关系,为实现发酵过程优化提供理论基础。【方法】采用传统分离培养法获得了多粮浓香型白酒发酵过程中的特征酵母菌和耐酸乳杆菌,并探讨了共培养过程中菌株的相互关系以及主要挥发性代谢产物的变化。【结果】共分离到3株优势特征性酵母菌(KazachstaniahumilisZ1、PichiakudriavzeviiZ2、CandidaethanolicaZ3)和1株耐酸乳杆菌(Lactobacillus acetotolerans W)。K. humilis Z1和L. acetotolerans W共培养体系中耐酸乳杆菌数量明显少于纯培养L. acetotolerans W的菌体数量;3株酵母菌均一定程度抑制L. acetotolerans W产乳酸,K. humilis Z1能抑制L. acetotolerans W不产乳酸;K. humilis Z1纯培养与Z1W共培养体系的挥发性代谢产物的构成相似;纯培养P. kudriavzevii Z2与Z2W共培养体系的挥发性代谢产物差异明显,主要表现为共培养时乙酸乙酯和乳酸乙酯含量显著增加。【结论】在共培养体系条件下,产乙醇酵母菌对耐酸乳杆菌的乳酸代谢有抑制作用,而耐酸乳杆菌又对酵母菌的乙醇代谢有一定影响,这对多粮浓香型白酒品质调控和菌群间相互关系具有重要意义。     

窖泥群落结构及功能微生物研究进展

窖泥是浓香型白酒的特征发酵载体,包含多种功能微生物,这些功能微生物对浓香型白酒的风格特征和品质有着重要的影响。本文对不同窖龄窖泥、不同浓香型白酒产地的窖泥及不同质量窖泥的窖泥微生物研究进展进行总结分析,并在此基础上对窖泥主体微生物的功能进行阐述。以期为窖泥微生物的研究提供思路,为浓香型白酒的质量和香味成分研究提供思考,促进窖泥微生物的研究,加深对浓香型白酒窖泥的认知。     

浓香型曲酒微生物技术在河南赊店酒的应用研究*

用研制成功的强化菌曲和窖泥厌氧功能菌培制窖泥的两项微生物技术与浓香型曲酒传统工艺相结合的方法应用于河南社旗酒厂的酿酒上,解决新窖产酒质量问题。结果表明,强化菌曲、甲烷菌与产己酸梭状芽孢杆菌共同发酵用于浓香型曲酒生产,可提高酒体中的主体香己酸乙酯含量,改善酒的风味。第一排酒优质品率平均达到50.48%,三排酒优质品率平均达到44.04%,酒体中四大酯含量协调,具有典型的浓香型曲酒风格。     

浓香型曲酒微生物技术在河南赊店酒的应用研究

用研制成功的强化菌曲和窖泥厌氧功能菌培制窖泥的两项微生物技术与浓香型曲酒传统工艺相结合的方法应用于河南社旗酒厂的酿酒上,解决新窖产酒质量问题。结果表明,强化菌曲、甲烷菌与产己酸梭状芽孢杆菌共同发酵用于浓香型曲酒生产,可提高酒体中的主体香己酸乙酯含量,改善酒的风味。第一排酒优质品率平均达到50.48%,三排酒优质品率平均达到44.04%,酒体中四大酯含量协调,具有典型的浓香型曲酒风格。     

Enhanced ethyl caproate production of Chinese liquor yeast by overexpressing EHT1 with deleted FAA1

The fruity odor of Chinese liquor is largely derived from ester formation. Ethyl caproate, an ethyl ester eliciting apple-like flavor, is one of the most important esters in the strong aromatic Chinese liquor (or Luzhou-flavor liquor), which is the most popular and best-selling liquor in China. In the traditional fermentation process, ethyl caproate in strong aromatic liquor is mainly produced by aroma-producing yeast, bacteria, and mold with high esterification abilities in a mud pit at later fermentation stages at the expense of both fermentation time and grains rather than by the ethanol-fermenting yeast Saccharomyces cerevisiae. To increase the production of ethyl caproate by Chinese liquor yeast (S. cerevisiae AY15) and shorten the fermentation period, we constructed a recombinant strain EY15 by overexpressing EHT1 (encoding ethanol hexanoyl transferase), in which FAA1 (encoding acyl-CoA synthetases) was deleted. In liquid fermentation of corn hydrolysate and solid fermentation of sorghum, ethyl caproate production by EY15 was remarkably increased to 2.23 and 2.83 mg/L, respectively, which were 2.97- and 2.80-fold higher than those of the parental strain AY15. Furthermore, an increase in ethyl octanoate (52 and 43 %) and ethyl decanoate (61 and 40 %) production was observed. The differences in fermentation performance between EY15 and AY15 were negligible. This study resulted in the creation of a promising recombinant yeast strain and introduced a method that can be used for the clean production of strong aromatic Chinese liquor by ester-producing S. cerevisiae without the need for a mud pit.     

Improved ethyl caproate production of Chinese liquor yeast by overexpressing fatty acid synthesis genes with <Emphasis Type="Italic">OPI1</Emphasis> deletion

During yeast fermentation, ethyl esters play a key role in the development of the flavor profiles of Chinese liquor. Ethyl caproate, an ethyl ester eliciting apple-like flavor, is the characteristic flavor of strong aromatic liquor, which is the best selling liquor in China. In the traditional fermentation process, ethyl caproate is mainly produced at the later fermentation stage by aroma-producing yeast, bacteria, and mold in a mud pit instead of Saccharomyces cerevisiae at the expense of grains and fermentation time. To improve the production of ethyl caproate by Chinese liquor yeast (S. cerevisiae) with less food consumption and shorter fermentation time, we constructed three recombinant strains, namely, α5-ACC1ΔOPI1, α5-FAS1ΔOPI1, and α5-FAS2ΔOPI1 by overexpressing acetyl-CoA carboxylase (ACC1), fatty acid synthase 1 (FAS1), and fatty acid synthase 2 (FAS2) with OPI1 (an inositol/choline-mediated negative regulatory gene) deletion, respectively. In the liquid fermentation of corn hydrolysate, the contents of ethyl caproate produced by α5-ACC1ΔOPI1, α5-FAS1ΔOPI1, and α5-FAS2ΔOPI1 increased by 0.40-, 1.75-, and 0.31-fold, correspondingly, compared with the initial strain α5. The contents of other fatty acid ethyl esters (FAEEs) (C8:0, C10:0, C12:0) also increased. In comparison, the content of FAEEs produced by α5-FAS1ΔOPI1 significantly improved. Meanwhile, the contents of acetyl-CoA and ethyl acetate were enhanced by α5-FAS1ΔOPI1. Overall, this study offers a promising platform for the development of pure yeast culture fermentation of Chinese strong aromatic liquor without the use of a mud pit.     

厌氧产酸菌群培养技术在窖泥质量快速检测中的应用

【背景】窖泥质量决定了浓香型白酒品质的高低,窖泥中的产酸功能菌群显著影响着窖泥的质量及对应的浓香型白酒品质,但目前对窖泥质量的评价尚缺乏明确和完善的标准。【目的】建立一种快速、准确评价窖泥质量的方法,解析窖泥中参与己酸合成的重要微生物。【方法】通过窖泥产酸菌群培养和产酸代谢特征研究,构建厌氧产酸菌群发酵体系,根据窖泥中厌氧菌的己酸合成能力来评价相应窖泥的质量;利用高通量测序技术分析可培养发酵体系中产己酸功能微生物的群落组成。【结果】葡萄糖碳源相比乳酸碳源可以更有效地富集窖泥中的产己酸菌群;采用毫升级别发酵体系、对窖底泥进行多点取样,产酸菌群发酵代谢产物稳定期的己酸产量、己酸/丁酸值可较准确地评价不同窖泥的质量。16S rRNA基因测序结果表明,利用产酸菌群培养方法可以有效地富集未培养产己酸细菌(Uncultured bacterium Caproiciproducens)。【结论】基于产酸菌群培养的窖泥微生物发酵体系可用于实际生产中快速、准确地评价窖泥质量,并为窖泥微生物己酸合成代谢机制的研究提供参考。     

宜宾浓香型白酒酿造过程中可培养细菌的系统发育多样性

【目的】为较系统地了解宜宾浓香型白酒酿造过程中可培养细菌的多样性,得到一些潜在的微生物资源。【方法】采用改良的NA培养基和高氏I号培养基分离、去除冗余,测定所得细菌纯培养物的16S rRNA基因,进行系统发育分析。【结果】分离得到603株细菌,4株菌的序列与GenBank中典型菌株序列相似性低于97%,代表着潜在新类群;599株菌与GenBank中34个属、101个种的典型菌株序列相似性大于97%,其中以Bacillus为绝对优势菌(315株),Streptomyces(121株)、Lysinibacillus(35株)、Staphylococcus(45株)为次优势菌,其余各属菌株均在10株以下。而且有16个属均只检测到1株菌。【结论】宜宾浓香型白酒发酵过程中的细菌呈现出较为丰富的多样性和一定的稳定性。     

Prokaryotic Communities in Pit Mud from Different-Aged Cellars Used for the Production of Chinese Strong-Flavored Liquor

Chinese strong-flavored liquor (CSFL) accounts for more than 70% of all Chinese liquor production. Microbes in pit mud play key roles in the fermentation cellar for the CSFL production. However, microbial diversity, community structure, and cellar-age-related changes in pit mud are poorly understood. Here, we investigated the prokaryotic community structure and diversity in pit-mud samples with different cellar ages (1, 10, 25, and 50 years) using the pyrosequencing technique. Results indicated that prokaryotic diversity increased with cellar age until the age reached 25 years and that prokaryotic community structure changed significantly between three cellar ages (1, 10, and 25 years). Significant correlations between prokaryotic communities and environmental variables (pH, NH₄⁺, lactic acid, butyric acid, and caproic acid) were observed. Overall, our study results suggested that the long-term brewing operation shapes unique prokaryotic community structure and diversity as well as pit-mud chemistry. We have proposed a three-phase model to characterize the changes of pit-mud prokaryotic communities. (i) Phase I is an initial domestication period. Pit mud is characterized by abundant Lactobacillus and high lactic acid and low pH levels. (ii) Phase II is a transition period. While Lactobacillus abundance decreases dramatically, that of Bacteroidetes and methanogens increases. (iii) Phase III is a relative mature period. The prokaryotic community shows the highest diversity and capability to produce more caproic acid as a precursor for synthesis of ethyl caproate, the main flavor component in CSFL. This research provides scientific evidence to support the practical experience that old fermentation cellars produce high-quality liquor.     

浓香型白酒发酵过程微生物合成正丙醇途径解析

【目的】揭示浓香型白酒窖内发酵过程与正丙醇合成相关的微生物和代谢途径。【方法】通过对浓香型白酒窖内发酵过程酒醅中微生物的宏转录组进行分析,解析与正丙醇合成相关的微生物和代谢途径,并验证相关微生物合成正丙醇的能力。【结果】浓香型白酒窖内发酵过程中有3条可能的酒醅微生物合成正丙醇的途径。真菌主要通过2-甲基苹果酸代谢途径和苏氨酸代谢途径合成正丙醇,细菌则主要通过丙酸代谢途径合成并参与苏氨酸代谢途径。宏转录组测序分析表明,这3条途径对白酒窖内发酵过程正丙醇的合成与积累均有贡献,并且微生物通过这3条途径合成正丙醇的时期和能力存在较大差异。此外,对分离自酒醅的酵母和乳酸菌合成正丙醇能力分析发现,它们均与浓香型白酒窖内发酵过程正丙醇的合成有关。【结论】本研究揭示了浓香型白酒窖内发酵过程中正丙醇合成相关的微生物和代谢途径,为阐明白酒发酵过程中正丙醇的形成机制奠定了理论基础。     

浓香型白酒两个产区窖泥微生物群落结构分析

【目的】探索浓香型白酒两个典型产区窖泥微生物群落结构和多样性,分析窖泥微生物群落地域特征及对白酒风格形成的影响。【方法】分别提取四川和安徽两个产区窖泥样品总DNA,应用PCR-ARDRA和16S rRNA基因克隆测序技术对两个产区窖泥细菌和古菌进行研究。【结果】两个浓香型白酒产区窖泥细菌丰富,包括:厚壁菌门(Firmicute)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、互养菌门(Synergistetes)、Armatimonadetes类群和未分类细菌(Unclassified bacteria)。两个产区窖泥绝对优势种群均为厚壁菌门中梭菌纲(Clostridia)细菌,在四川产区窖泥中检出较多的互营单胞菌属(Synthrophomonas)和紫单胞菌属(Petrimonas)。古菌的群落组成较为简单,主要是甲烷囊菌属(Methanoculleus)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷鬃菌属(Methanosaeta)和甲烷杆菌属(Methanobacterium)4个产甲烷古菌类群,四川产区窖泥优势古菌为甲烷囊菌和甲烷八叠球菌,安徽产区则为甲烷八叠球菌属和甲烷鬃菌。【结论】四川和安徽两个产区窖泥微生物的16S rRNA基因克隆文库系统地反映了两者微生物群落的相似性和差异性,对揭示浓香型白酒两个产区的酒体风格差异形成有一定的参考价值。