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北方酱酒第五轮次细菌群落解析与功能研究

北方酱酒第五轮次细菌群落解析与功能研究

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作者：陈博超天津科技大学

学位级别：硕士

酱香型白酒具有悠久的酿造历史,工艺独特,深受中国消费者的喜爱。由于南北方气候条件的不同,导致北方酱香型白酒与南方酱香型白酒在微生物群落结构和酒体风格特点上具有明显差异。为了探究北方酱香型白酒独特风格的形成机制,本研究通过... 详细信息

酱香型白酒具有悠久的酿造历史,工艺独特,深受中国消费者的喜爱。由于南北方气候条件的不同,导致北方酱香型白酒与南方酱香型白酒在微生物群落结构和酒体风格特点上具有明显差异。为了探究北方酱香型白酒独特风格的形成机制,本研究通过高通量测序技术对北方某酒厂酱香型白酒第五轮次“大回酒”堆积和窖池发酵过程中酒醅进行研究,监测理化指标与风味物质及细菌群落结构特征及代谢特征的变化情况,运用关联分析方法挖掘微生物与理化指标和风味代谢物之间的关系,并通过功能菌剂添加实验验证部分细菌的功能,为提高北方酱香型的质量和安全奠定理论基础。主要研究内容如下:(1)对第五轮次酱香型白酒酒醅的酸度、水分、淀粉和还原糖指标进行测定,发现五轮次堆积阶段水分从46.99%上升至50.16%,酸度先降低后增加(2.07mmol/10g～2.12 mmol/10g),淀粉含量从22.89%减少至21.77%,还原糖含量在堆积阶段一直升高(2.75%升至3.12%);而窖池阶段水分从49.48%升至52.07%,酸度从2.10 mmol/10g上升2.51 mmol/10g。淀粉含量从21.27%降为17.73%,还原糖则从2.76%降低到2.60%。(2)采用气相色谱技术对酒醅香气物质进行定量分析研究,液相色谱技术检测有机酸。共检测到33类挥发性化合物,五轮次酒醅的挥发性成分中,乙酸、2,3-丁二醇、乳酸乙酯、糠醛分别是酸类、醇类、酯类、醛类中含量最高的物质,在堆积初始的含量为3795.38 mg/kg、680.22 mg/kg、260.55 mg/kg、69.16 mg/kg,到窖池发酵结束升高至4382.34 mg/kg、815.45 mg/kg、664.28 mg/kg、96.98 mg/kg,在窖池阶段增速较大。乳酸是检出的主要有机酸,其含量远高于其他物质,从开始10.19 g/kg不断波动变化至发酵结束的12.47 g/kg。(3)根据16S扩增子测序物种注释结果,北方酒厂第五轮次酱香白酒发酵过程细菌门水平主要由厚壁菌门Firmicutes(73.52%)、变形菌门Proteobacteria(23.24%)、放线菌门Actinobacteriota(1.78%)等组成,它们从堆积初始相对丰度93.30%、4.86%、1.21%变为发酵30天后的65.44%、42.67%、2.37%。属水平上的优势菌属有Lactobacillus、Bacillus、Oceanobacillus、Virgibacillus、Acinetobacter、Kroppenstedtia和Thermoactinomyces。前三个优势属为Lactobacillus、Bacillus和Oceanobacillus,它们的相对丰度整个酿造过程中从3.5%、23.45%和21.93%变化到窖池发酵结束的24.16%、6.06%和3.64%。基于主成分分析和热图分析结果表明,窖池阶段第5到第7天之间细菌群落组成变化较大。在所有环境样品中,门水平上厚壁菌门(Firmicutes)占据绝对优势,变形菌门(Proteobacteria)是次优势菌,工人手臂样品细菌门多样性最高,是发酵微生物的重要来源。溯源分析表明车间地面、工具和大曲是发酵过程中关键节点S00、S02主要细菌来源,而窖池发酵结束酒醅细菌主要是未知来源,其次来源于堆积结束酒醅。(4)分析细菌群落之间及与理化因子、风味物质在白酒酿造过程中相互作用。微生物群落之间的相关性分析表明,Lactobacillus的生长代谢对多数菌有抑制作用,而Virgibacillus、Oceanobacillus、Anaerosalibacter、Thermoactinomyces等好氧菌能相互促进生长。冗余分析表明水分、酸度、淀粉、还原糖、温度均对细菌群落结构存在重要调控。酸度、水分和Lactobacillus有显著正相关,而多数细菌呈负相关。淀粉与Virgibacillus、Bacillus、Oceanobacillus呈正相关,还原糖与Paracoccus有显著的正相关性。根据微生物与代谢产物之间网络关联分析,Virgibacillus、Oceanobacillus等好氧细菌多与醛类物质存在正相关,Lactobacillus、Pseudomonas与多种关键的醇、酸、酯类化合物有显著正相关。(5)采用传统可培养方法在北方酱香型白酒酒醅和大曲中获得数株酿造性能优良的细菌。通过原位发酵试验发现索诺拉沙漠芽孢杆菌(Bacillus sonorensis)ZB2和地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)ZB3具有良好的降酸效果,总酸度分别降低了21.1%和37%,而ZB3还具有明显的降正丙醇作用,与对照组相比降低了46%。鼠

关键词：北方酱香型白酒扩增子测序细菌群落关联分析功能菌剂

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北方酱酒第四轮次真菌群落解析与功能研究

北方酱酒第四轮次真菌群落解析与功能研究

引用

作者：乔潞天津科技大学

学位级别：硕士

由于南北方气候条件的不同,导致北方与南方酱香型白酒在酒体风格特点上具有明显差异,为了明确北方酱香型白酒独特风格的形成机制,本研究选取第四轮次“大回酒”堆积和窖池发酵过程中的酒醅作为样品,通过研究酒醅的基本理化因子、主要风... 详细信息

由于南北方气候条件的不同,导致北方与南方酱香型白酒在酒体风格特点上具有明显差异,为了明确北方酱香型白酒独特风格的形成机制,本研究选取第四轮次“大回酒”堆积和窖池发酵过程中的酒醅作为样品,通过研究酒醅的基本理化因子、主要风味物质及真菌演替规律初步解析北方酱香型白酒发酵机理,为北方酱香型白酒“提质增效”提供理论基础。主要研究内容如下:1.北方酱香型白酒第四轮次酿造过程中酒醅基础理化及风味物质的变化情况。对第四轮次酱香型白酒13个时间点的酒醅进行酸度、还原糖、水分和淀粉指标的测定,发现水分和酸度随发酵时间的增加而逐渐增加,水分由47.81%增至51.69%,酸度由3.21mmol/10g增至3.74 mmol/10g,而淀粉含量随发酵时间的增加而逐渐降低,由24.79%降至20.37%;还原糖的含量先下降后上升,且在出窖时含量高于入窖时。采用气相三内标法结合紫外液相外标法对酒醅中主要酯、醇、醛及有机酸进行检测,发现酒醅中主要的有机酸是乳酸和乙酸,乳酸含量(9.68 g/kg-8.4 g/kg)约为乙酸含量(4.32 g/kg-4.18g/kg)的2倍,两种酸在第四轮次整体含量比较稳定。多元醇(2,3-丁二醇)的量远高于高级醇(正丙醇、异丁醇、正丁醇和异戊醇),多元醇和高级醇的含量均随发酵时间的增加而逐渐增加,其中2,3-丁二醇含量由571.89 mg/kg增至732.1 mg/kg。酒醅中主要的酯是乙酸乙酯和乳酸乙酯,两者均随发酵时间的增加而增加,乙酸乙酯含量由8.32 mg/kg增至86.47 mg/kg,乳酸乙酯含量由251.64 mg/kg增至652.9 mg/kg。酒醅中主要的醛为乙醛和糠醛,糠醛随发酵时间逐渐增加而乙醛逐渐减少,乙醛含量由76.48 mg/kg降至50.8 mg/kg,糠醛含量由80.4 mg/kg增至130.5 mg/kg。2.北方酱香型白酒第四轮次酿造过程中真菌群落组成与演替规律。通过二代扩增子测序技术对酱香型白酒第四轮次13个时间点样品和7个环境样品进行测序,发现第四轮次酒醅发酵过程中绝对优势真菌门为子囊菌门(Ascomycota)。在属水平上,堆积过程中的优势真菌属是扣囊覆膜孢酵母属(Saccharomycopsis)、红曲霉属(Monascus)、嗜热真菌属(Thermomyces)、曲霉属(Aspergillus)、东方伊萨酵母属(Issatchenkia)和嗜热子囊属(Thermoascus)。随着发酵时间的增加,酒醅主要菌属逐渐由扣囊覆膜孢酵母属和嗜热真菌属逐渐演替为红曲霉属。窖池发酵过程中的优势真菌属为扣囊覆膜孢酵母属、红曲霉属、嗜热真菌属、东方伊萨酵母属、毕赤酵母属(Pichia)、嗜热子囊属、裂殖酵母属(Schizosaccharomyces)、丝衣霉属(Byssochlamys)。窖池发酵过程中,红曲霉属相对丰度大幅降低,其余菌属丰度增加。3.北方酱香型白酒第四轮次酒醅真菌群落与理化、风味物质关联分析和与环境因子溯源分析。基于扩增子结果进行真菌群落与理化因子间典范对应分析(Canonical correspondence analysis,CCA),发现Saccharomycopsis、Pichia、Meyerozyma和Trichosporon与还原糖和总酸具有正相关性,而与淀粉呈负相关,Schizosaccharomyces与淀粉具有正相关性,而与温度和水分有负相关性。真菌群落与风味物质间CCA关联分析,发现Meyerozyma、Schizosaccharomyces、Penicillium和Pichia与糠醛、乳酸乙酯和正丙醇具有正相关性,而与乙酸、乳酸、乙酸乙酯和乙醛呈负相关性,Saccharomycopsis、Thermomyces与乙酸、乳酸、乙酸乙酯和乙醛呈正相关性,Monascus与这些风味物质均呈负相关性。拓扑网络分析表明Pichia与乙酯类和有机酸呈正相关,Saccharomycopsis与高级醇和乙酸呈负相关。溯源分析表明,堆积初始酒醅主要环境来源是大曲(80.6%)、工具(4.9%)、地面(2.3%)和工人(1.5%),堆积末酒醅主要环境来源是大曲(13.3%)、空气(5.3%)、工具(3.2%)、地面(3%)、工人(1.4%),出窖酒醅主要环境来源是黄水(28.0%)、堆积末酒醅(27.0%)、窖底糟(15.0%)和大曲(11.0%)。4.北方酱香型白酒第四轮次酒醅真菌群落功能分析。参考扩增子分析结果选取其中重要的8个时间节点的酒醅进行宏基因组测序,功能注释发现在KEGG数据库中酒醅的新陈代谢是主要的代谢过程,占一半以上。二级功能注释发现碳水化合物代谢和氨基酸代谢是主要的两类代谢活动。在CAZy数据库发现糖苷水解酶和糖基转移酶是注释基因最高的

关键词：北方酱香型白酒酒醅代谢物质真菌群落关联分析功能菌剂

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