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近日，江南大學(xué)生物工程學(xué)院、四川大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院許正宏教授團(tuán)隊(duì)與瀘州老窖國家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心沈才洪主任團(tuán)隊(duì)在濃香型白酒泥窖釀造機(jī)理解析上取得又一重要進(jìn)展。雙方聯(lián)合在國際食品研究領(lǐng)域Q1 Top期刊《Food Bioscience》上發(fā)表了題為“Comparative genomics of Clostridium tyrobutyricum reveals signatures of environment-specific adaptation and metabolic potentials（基于比較基因組學(xué)研究酪丁酸梭菌的環(huán)境適應(yīng)性和代謝潛能）”的研究論文，重點(diǎn)剖析了瀘州老窖窖泥中重要的功能微生物酪丁酸梭菌的生境適應(yīng)性和產(chǎn)香特征，進(jìn)一步解讀了瀘型酒“泥窖生香”獨(dú)特工藝的科學(xué)內(nèi)涵。

濃香型白酒以泥窖為發(fā)酵容器，采用小麥制成的中高溫大曲為糖化發(fā)酵劑，高粱為主要原料，經(jīng)多菌種混合固態(tài)發(fā)酵釀制而成。泥窖池為濃香型白酒的釀造創(chuàng)造了獨(dú)特的微生態(tài)環(huán)境。梭菌屬（Clostridium）微生物是濃香型白酒風(fēng)味物質(zhì)形成的重要菌群之一，普遍存在于窖泥中。其中，酪丁酸梭菌（C. tyrobutyricum）是一種很有應(yīng)用前景的微生物宿主，常用于厭氧生產(chǎn)丁酸等脂肪酸。在前期研究窖泥功能微生物的工作中，團(tuán)隊(duì)從瀘州老窖窖泥中分離獲得多株酪丁酸梭菌，并發(fā)現(xiàn)其普遍具有積累濃香型白酒關(guān)鍵呈香呈味脂肪酸的能力，且在老窖泥中豐度更高。然而，酪丁酸梭菌是如何適應(yīng)釀酒環(huán)境并發(fā)揮重要產(chǎn)香功能的尚有待研究。

針對上述問題，本研究對13株來自于窖泥和其他生境的C. tyrobutyricum菌株進(jìn)行了基因組比較分析，探討了白酒窖泥環(huán)境（FE）中分離的菌株的適應(yīng)性和代謝潛力。結(jié)果表明，窖泥來源菌株的遺傳多樣性高于非發(fā)酵環(huán)境（NFE）分離的菌株，且糖苷水解酶和碳水化合物酯酶基因顯著富集，有利于其對碳水化合物（包括淀粉、纖維素等）的利用，適應(yīng)釀酒環(huán)境。許多與環(huán)境適應(yīng)相關(guān)的基因，如能量生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換、磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)等，在窖泥來源菌株中顯著富集，這有利于它們在相應(yīng)的棲息地中生存。發(fā)酵實(shí)驗(yàn)表明，從白酒窖泥中分離出的菌株能夠分解碳水化合物并產(chǎn)生有機(jī)酸和其他風(fēng)味物質(zhì)。本研究加深了對酪丁酸梭菌環(huán)境適應(yīng)性和代謝潛能的認(rèn)識，為其進(jìn)一步研究和應(yīng)用開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

近年來，許正宏教授團(tuán)隊(duì)和沈才洪正高工團(tuán)隊(duì)在瀘州老窖國家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心的大力支持下，針對濃香型白酒釀造機(jī)制開展了系列研究工作，主要成果包括：（1）解析了“泥窖生香”工藝的微生物代謝機(jī)制；（2）明晰了長期釀酒生產(chǎn)影響下窖泥菌群的演化模式及老熟驅(qū)動力；（3）分析了酒醅與窖泥中的產(chǎn)酸菌群的多樣性與代謝途徑；（4）揭示了窖泥中梭菌的環(huán)境適應(yīng)性和代謝特征的遺傳基礎(chǔ)；（5）獲得了系列窖泥新物種和關(guān)鍵功能微生物，解析了其釀造性能與互作機(jī)制。近幾年先后在《Applied and Environmental Microbiology》、《mSystems》、《Food Chemistry》、《Food Microbiology》、《Food Research International》等國際知名期刊發(fā)表論文20余篇，在《微生物學(xué)報(bào)》、《生物工程學(xué)報(bào)》、《微生物學(xué)通報(bào)》等國內(nèi)重要期刊發(fā)表論文近30篇，不斷加深了對泥窖釀酒科學(xué)機(jī)理的認(rèn)識。在此基礎(chǔ)上，開展了人工菌群設(shè)計(jì)以及泥窖微生態(tài)系統(tǒng)功能調(diào)控的科技創(chuàng)新，為深刻闡述“泥窖生香、老窖出好酒”以及“新窖老熟”等奠定了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

圖文賞析：

圖1 酪丁酸梭菌泛基因組學(xué)分析

圖2 酪丁酸梭菌基因組功能分析

圖3 酪丁酸梭菌的碳水化合物活性酶譜分析

圖4 不同生境酪丁酸梭菌基因型差異及GWAS分析

圖5 窖泥來源酪丁酸梭菌發(fā)酵實(shí)驗(yàn)結(jié)果

論文鏈接：https://doi. org/10.1016/j.fbio.2024.104691.