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泸州老窖“泥窖生香、老窖出好酒”​再添新证据

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 华夏酒报 • 2022-06-09 来源:华夏酒报 

近日,江南大学许正宏教授团队与国家固态酿造工程技术研究中心沈才洪正高工团队联合在国际微生物领域著名的经典学术期刊《Applied and Environmental Microbiology》上发表了题为“Metabolite-based mutualistic interaction between two novel clostridial species from pit mud enhances butyrate and caproate production”(浓香型白酒窖泥中产香微生物梭菌和互营球菌的互作机制)的研究论文,双方团队重点剖析了泸州老窖窖泥中重要的功能微生物协同产酸生香的交互作用关系及其分子机制,为泸州老窖“泥窖生香、老窖出好酒”再添科学依据。


泸州老窖“泥窖生香、老窖出好酒”​再添新证据(图1)

△AEM杂志被Special Libraries Association评选为“过去100年中最有影响力的100个杂志”之一

多菌种协同发酵是白酒等传统酿造食品生产工艺的典型特色,也是丰富的风味物质形成的关键。在酿造生态系统中,微生物不是一座座孤岛,它们之间存在着千丝万缕的联系,形成了错综复杂的社交网络。物种间的交互作用对酿造微生物群落的结构及功能有着重要影响,这也使得阐明传统酿造科学机理面临挑战。

窖泥中的梭菌纲微生物是浓香型白酒酿造过程重要的生香菌,它们能够产生多种短/中链脂肪酸,对浓香型白酒典型风格的形成发挥着重要作用。其中,互营细菌(如互营球菌、互营单胞菌)和梭菌属微生物是重要的产酸类群,且它们在老窖泥中的丰度占比高于新窖泥。在前期研究中,双方团队通过高通量测序和多元统计分析方法,对窖泥微生物间互作关系进行了预测,发现梭菌和互营细菌间存在潜在的相互作用,但缺乏直接证据。

互营细菌和梭菌属之间有着什么样的互作关系?

这种互作关系对浓香型白酒,重要的呈香脂肪酸的合成有什么影响?


泸州老窖“泥窖生香、老窖出好酒”​再添新证据(图2)

△老窖梭菌和老窖互营球菌的交互作用机制

为解答上述问题,许正宏教授团队联合沈才洪正高工团队,以分离自泸州老窖窖泥中的互营球菌和不同种梭菌属微生物为研究对象,通过基因组系统比较分析它们的基因组功能特征,研究不同菌株脂肪酸代谢通路差异、纯培养和共培养体系中菌株的生长和脂肪酸代谢差异。

通过研究发现,互营球菌和梭菌的互作关系具有种间差异性,并进一步通过转录组学等方法系统研究了共生促生长和产酸的两菌株——老窖互营球菌(Novisyntrophococcus fermenticellae JN500902, N.902)和老窖梭菌(Clostridium fermenticellae JN500901, C.901)之间的交互作用机制,分析发现共培养体系中老窖梭菌C.901产生的甲酸能被老窖互营球菌N.902通过Wood-Ljungdahl途径所利用,促进乙酸的产生,乙酸又进一步被老窖梭菌通过逆β-氧化途径利用,从而促进了丁酸和己酸的积累。

白酒酿造环境极其复杂,种类繁多的窖泥微生物物种间的相互作用,对白酒酿造至关重要。上述研究结果,有助于加深对窖泥中功能微生物间复杂互作关系的科学认识,同时也为人工理性调控窖泥菌群,实现“新窖老熟”奠定理论基础。


泸州老窖“泥窖生香、老窖出好酒”​再添新证据(图3)

创新驱动发展,科技引领未来。泸州老窖高度重视科技创新,近年来依托国家固态酿造工程技术研究中心等科技创新平台,深化产研融合,联合江南大学许正宏教授团队围绕“从泥窖酿造生态系统到关键功能微生物”开展了基于“结构、功能与调控”的多层次多体系的研究,并先后在《Applied and Environmental Microbiology》、《mSystems》、《Food Microbiology》、《Food Research International》等国际知名期刊发表论文20余篇,在《微生物学报》、《生物工程学报》、《微生物学通报》等国内重要期刊发表论文近30篇,不断加深了对泥窖酿造微生物的时空结构与演替规律的认识,筛选获得了一系列窖泥新物种和关键功能微生物,解析了其酿造性能。在此基础上,开展了人工菌群设计以及泥窖微生态系统功能调控的科技创新,为深刻阐述“泥窖生香、老窖出好酒”以及“新窖老熟”等奠定了坚实的理论和实践基础。


泸州老窖“泥窖生香、老窖出好酒”​再添新证据(图4)

泸州老窖“泥窖生香、老窖出好酒”​再添新证据(图5)

△老窖梭菌JN500901和老窖互营球菌JN500902为从泸州老窖老窖泥中分离的新物种,已公开发表于微生物专业期刊《International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology》


泸州老窖“泥窖生香、老窖出好酒”​再添新证据(图6)

△2021年,泸州老窖1573国宝窖池群登上AEM杂志封面

(来源:华夏酒报)

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