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一直以來,中國白酒始終以科技創(chuàng)新作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不竭動(dòng)力,眾多新研究成果的涌現(xiàn),不斷開拓對白酒新的認(rèn)知深度與廣度,北京工商大學(xué)釀酒工程系在國際食品科技期刊發(fā)表論文,對白酒制曲過程中的微生物相互作用進(jìn)行探索,在探尋白酒之秘的道路上更進(jìn)一程。
我國釀造食品(白酒、黃酒等)生產(chǎn)通常以曲作為發(fā)酵劑,以實(shí)現(xiàn)糖化和發(fā)酵的同步進(jìn)行,該特點(diǎn)是東方釀造區(qū)別于西方釀造的典型特征之一。我國勞動(dòng)人民在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中,發(fā)明了許多不同用途和特點(diǎn)的曲,釀造出了品種繁多的各色酒類。曲的制作以谷物作為培養(yǎng)基質(zhì)在合適的條件下從釀造環(huán)境中富集微生物,并逐步形成獨(dú)特的“菌系 - 酶系 - 物系”為一體的微生態(tài)系統(tǒng)。我國傳統(tǒng)的制曲技術(shù)蘊(yùn)含著許多科學(xué)道理有待深入解析,如“曲中微生物群落和酶系的組成特征、演替規(guī)律和代謝功能是什么?”“制曲過程中微生物成員間及其與環(huán)境的相互作用機(jī)制是什么”“傳統(tǒng)生產(chǎn)中微生物群落形成及代謝產(chǎn)酶的驅(qū)動(dòng)機(jī)制是什么?”以及“如何構(gòu)建合成群落復(fù)刻原位菌群的代謝特征?”等。
長期生產(chǎn)實(shí)踐與科學(xué)研究表明,外部環(huán)境因子與內(nèi)部微生物相互作用是共同維系制曲微生態(tài)穩(wěn)定的關(guān)鍵要素,調(diào)節(jié)與控制該系統(tǒng)的穩(wěn)定性對曲的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用,對后續(xù)釀造過程具有重要影響。近年來蓬勃發(fā)展起來的微生物組學(xué)技術(shù)在制曲微生態(tài)研究上取得了一系列重要進(jìn)展,比如不同曲中微生物群落組成及形成機(jī)制研究,揭示了制作工藝、發(fā)酵環(huán)境和地理生態(tài)等因素對功能微生物菌群的選擇作用,明確了外部環(huán)境因子對制曲過程中微生物群落形成及代謝的影響(圖1)。相對外部環(huán)境因子的驅(qū)動(dòng)作用,2022年12月,北京工商大學(xué)孫寶國院士團(tuán)隊(duì)王柏文、孫金沅、郝慧宜等在國際食品科技期刊《國際食品微生物學(xué)雜志》(International Journal of Food Microbiology)(1區(qū),IF: 5.911)發(fā)表了題為“中國白酒發(fā)酵過程中揮發(fā)性有機(jī)化合物介導(dǎo)的內(nèi)源性微生物相互作用”(Volatile organic compounds mediated endogenous microbial interactions in Chinese baijiu fermentation)的研究論文,介紹了白酒制曲過程中功能微生物的互作機(jī)制及潛在調(diào)控策略,探討了群落內(nèi)部相互作用對維持制曲微生態(tài)穩(wěn)定的影響。
圖1 不同曲中微生物群落結(jié)構(gòu)(A)、功能微生物(B)及群落形成機(jī)制(C)
該論文的研究內(nèi)容包括如下方面:(1)采用擴(kuò)增子測序技術(shù)揭示了該過程中微生物群落組成及演替規(guī)律,進(jìn)而結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)分析明確了原位體系中功能微生物之間的相互作用;(2)以原位體系分離純化的功能微生物為對象,采用雙碟法結(jié)合非接觸培養(yǎng)模式,驗(yàn)證了各微生物成員間的相互作用;(3)在單菌培養(yǎng)模式下鑒定供體微生物產(chǎn)生的主要揮發(fā)性有機(jī)化合物,再依次擾動(dòng)受體微生物的生長,進(jìn)而基于受體微生物的生長情況確定具有顯著影響的化合物;(4)采用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)比較分析了在化合物擾動(dòng)與非擾動(dòng)模式下受體微生物的代謝差異,以關(guān)鍵化合物在微生物細(xì)胞間的感應(yīng)與通訊機(jī)制。
上述研究表明:微生物釋放豐度的揮發(fā)性有機(jī)化合物,在微生物種內(nèi)或種間的遠(yuǎn)程互動(dòng)或交流中扮演重要角色;這些物質(zhì)通過細(xì)胞壁或細(xì)胞膜擴(kuò)散,影響微生物細(xì)胞生長或代謝,以促進(jìn)成員間的協(xié)同生長(圖2)。該研究也提供了一種潛在策略,通過調(diào)節(jié)體系內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物以干預(yù)制曲過程中功能微生物的生長或代謝,有待深入研究。
圖2 白酒制曲過程中的微生物相互作用研究
當(dāng)前傳統(tǒng)制曲技術(shù)依然較多采用開放式、自然式的發(fā)酵方式,其制曲的品質(zhì)均一性與批次穩(wěn)定性一直受到挑戰(zhàn)。然而,面對制造業(yè)和勞動(dòng)力成本上升的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)自然發(fā)酵的制備方式已不能滿足當(dāng)前快速工業(yè)發(fā)展的需求以及對產(chǎn)品質(zhì)量的期待,生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和現(xiàn)代化改革之路勢在必行。從上世紀(jì)的可培養(yǎng)分析到當(dāng)前的微生物組學(xué)研究,已積累了豐富的知識,明確了傳統(tǒng)曲中的關(guān)鍵功能微生物或酶,并從外部環(huán)境因子和內(nèi)部微生物互作等角度揭示制曲微生態(tài)下群落形成的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。然而,受復(fù)雜工藝流程、品控與生產(chǎn)力的波動(dòng)性影響,優(yōu)質(zhì)曲的標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化生產(chǎn),依然是一個(gè)不容易實(shí)現(xiàn)的改革過程。相信隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與新型生物技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用,優(yōu)質(zhì)發(fā)酵劑的從頭設(shè)計(jì)到標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)必將實(shí)現(xiàn),以保證釀造食品的品質(zhì)均一性及食品安全。
圖3 制曲研究的趨勢及策略
論文鏈接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168160522004275?via%3Dihub#f0005
https://www.researchgate.net/publication/357928510_Chinese_Baijiu_-_Finding_a_channel_to_design_a_defined_starter_culture
今天周四,
四月初七。
古人說,
不為無益之事,
何以遣有生之涯。
他們對月?lián)崆佟?/strong>
焚香品茗、酌酒對弈、聽曲賞雪、蒔花尋幽,
看起來對生活日用毫無裨益,
但恰恰是這些無用之事,
給了中國文人靈魂的慰藉,
讓他們的生活變得有滋有味。
世上有味之事,
往往無用。
END
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