現代生物技術助力瀘州老窖優秀品質

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現代生物技術助力瀘州老窖優秀品質

泥窖固態釀造是中國優質濃香白酒的獨特生產方式，業界素有“千年老窖萬年糟，酒好全憑窖齡老”的說法。瀘州老窖擁有1600余口百年以上的持續使用的國寶窖池群，被譽為“活文物”，是1573系列高端品牌優秀質量的重要保障。

瀘州老窖一直秉承“讓白酒質量看得見“的行業標桿理念。數十年來，我國科技工作者對瀘州老窖進行了全方位的研究，試圖解釋老窖出好酒的內在機理：歷經數百年的持續釀酒過程驅動老窖窖泥中微生物的生息繁衍，形成了功能獨特的微生態系統，影響著白酒風味物質的合成。

江南大學生物工程學院許正宏教授團隊與瀘州老窖國家固態釀造工程技術研究中心沈才洪主任團隊，采用現代分子微生態學、代謝組學并結合微生物培養組學等技術，系統分析了瀘州老窖1573國寶窖池群中的釀造微生態特征，解析了與濃香型白酒中己酸、丁酸、乳酸等主體有機酸形成的功能微生物菌群的結構與功能，進一步明晰了己酸菌（Caproiciproducens）、梭菌（Clostridium）、桿菌（Bacillus）等己酸、丁酸功能微生物隨窖齡而不斷富集的演化規律；同時深刻剖析了窖泥異嗅味物質的生物合成規律；從不同年代窖泥中成功分離了204個純培養菌株，其中一株具有獨特釀造性能的新種被命名為老窖梭菌（Clostridiumfermenticellae），尚有系列新物種正在整理之中。此外，研究團隊還對瀘型酒大曲、酒醅微生物群落演替規律及其功能進行了深入研究，深刻揭示了生物熱驅動大曲微生物功能演變機制，提出了酒醅中“增己降乳”新策略。這為深刻理解“老窖出好酒”、構建窖泥老熟的質量標準、防治窖泥老化、提升產品風味質量等奠定了堅實基礎。

目前，雙方已經聯合在Applied and Environmental Microbiology、International Journal of Food Microbiology、International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology、微生物學報、生物工程學報等國內外微生物領域知名期刊上發表論文18篇，其中SCI論文7篇，申請國家發明專利13件。

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老窖梭菌新種（Clostridium fermenticellae）

(Xu PX, Chai LJ, Qiu T, Zhang XJ, Lu ZM*, Xiao C, Wang ST, Shen CH*, Shi JS, Xu ZH*. Clostridium fermenticellaesp. nov., isolated from the mud in a fermentation cellar for the production of Chinese liquor, baijiu. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2019, 69: 859-865)

摘要：本研究首次從瀘州老窖百年窖泥中分離出來1個細菌新種，命名為老窖梭菌（Clostridium fermenticellae）。該物種模式菌株JN500901T能夠在pH4.5-8.0（最適pH 5.0），20-40℃（37℃），0-2%氯化鈉濃度和0-10%乙醇濃度范圍內生長。在厭氧條件下，JN500901T能夠利用D-果糖，D-巖藻糖, 異麥芽糖和L-鼠李糖等碳源，具有產生窖泥異嗅化合物對甲基苯酚的能力。菌株JN500901T的全基因組大小為2.812 MB（基因數量為2611，GC含量為31.0%mol），其16S rRNA 基因序列與Clostridium carboxidivoransDSM15243T(94.2%)和Clostridium scatologenesDSM 757T(94.1%)最接近。老窖梭菌JN500901T (=CICC 24501T=JCM 32827T）的分離鑒定對于解析窖泥微生物功能及窖香風味形成機理具有研究價值。

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酒醅和窖泥中梭菌群落演替規律及丁酸功能菌分布

(Chai LJ, Xu PX, Qian W, Zhang XJ, Ma J, Lu ZM, Wang ST, Shen CH, Shi JS, Xu ZH*. Profiling the Clostridia with butyrate-producing potential in the mud of baijiu fermentation cellar. International Journal of Food Microbiology, 2019, 297: 41-50)

摘要：丁酸及其主要衍生物丁酸乙酯是瀘型酒的重要風味物質，但其在釀造過程中的微生物合成機理尚不清楚。本文采用微生物分子生態技術，解析了酒醅與窖泥中微生物群落的丁酸合成途徑，分析了丁酸激酶（buk）途徑與丁酰輔酶A：乙酰輔酶A轉移酶（but）途徑上的微生物參與情況，明確了酒窖中梭菌綱（Clostridia）細菌主要通過buk途徑合成丁酸。進一步針對梭菌綱微生物的特異性分析，發現酒醅與窖泥中梭菌微生物結構與多樣性存在明顯差異，酒醅中主要是梭菌屬（Clostridium）與Sedimentibacter，而窖泥中主要是氫孢菌屬（Hydrogenispora）、Sedimentibacter和梭菌屬。繼而利用產丁酸功能梭菌的16S rRNA基因序列預測了選擇性培養基，定向分離了30種梭菌，并進行了代謝功能實驗驗證。本研究為解析瀘型酒釀造微生物群落結構與功能的多樣性奠定了基礎，也為定向分離復雜釀造菌群中特定功能微生物菌種提供了研究思路。

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內源性生物熱驅動中溫大曲功能微生物群落形成

(Xiao C, Lu ZM*, Zhang XJ, Wang ST, Ao L, Shen CH, Shi JS, Xu ZH*. Bio-heat is a key environmental driver shaping the microbial community of medium-temperature Daqu. Applied and Environmental Microbiology, 2017, 83: e01550-17)

摘要：早在數千年前，我們的祖先就掌握了在谷物原料上培養功能微生物群落的技藝，即大曲的發酵生產。大曲作為糖化劑和發酵劑在食醋、白酒等傳統釀造過程中具有重要作用，大曲中含有的復雜微生物組成能夠極大影響產品風味品質，但是我們尚不清楚大曲發酵過程中微生物群落是如何演替的，以及菌群演替規律受何環境因素影響。本文分析了瀘州老窖中溫大曲發酵過程中微生物群落演替規律及其與環境因子變化的相關性。在大曲發酵的前12天，微生物群落的演替與溫度的變化具有顯著相關性，而12天后大曲微生物群落結構基本保持穩定。進一步分析了溫度對大曲微生物群落形成的影響，發現在大曲發酵的前4天，大部分細菌和部分真菌的快速繁殖，使大曲的溫度迅速升高至55°C左右。在隨后的時間里（4–12 d），繼續產生的生物熱（53–56°C）抑制了大部分微生物的生長，而耐熱的微生物（芽孢桿菌、高溫放線菌、熱子囊菌及嗜熱真菌等）能夠生存或保持增長。最后，通過對大曲溫度的調控，驗證了溫度對中溫大曲微生物群落形成的作用，證實了內源性生物熱是大曲功能微生物群落形成的重要驅動力。本文對優化和調控大曲功能微生物群落的形成具有研究意義。

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