2019-05-24
文案 | 微生物組產品線
正 文
最近，派森諾生物與四川大學合作，在《Frontiers in Microbiology》（影響因子4.019）上再次發表文章，利用高通量測序技術，探究強化大曲對中國濃香型白酒釀酒過程中的微生物群落和風味的影響。
研究背景
濃香型白酒，是中國常見的白酒，年產量占中國白酒的70%以上。濃香型白酒的釀造過程主要涉及大曲的釀造和糧食發酵。大曲是一種重要的發酵劑，也是白酒的專用原料，對白酒的品質起著至關重要的作用。大曲中的粗酶制劑和各種微生物為釀酒提供了大量的風味化合物以及有益的代謝產物，是大分子水解和代謝所必需的。
大曲是在開放的環境下自然發酵而成，生產模式包括簡單的手工操作和大規模的工業過程。到目前為止，傳統大曲的生產無論采用何種模式，都主要依靠熟練的技術人員對工藝參數的調控，微生物主要來自于非無菌原料和環境。這些生產過程中的不可預測性和不可控制性，造成了白酒質量的不穩定。因此，研究強化大曲（接種了Bacillus velezensis 和Bacillus subtilis）和功能性菌群對釀酒過程的影響，進而通過生物強化提高白酒的品質，是當務之急。
研究目的
1、研究三種發酵谷物（FG）中微生物群落的組成；
2、研究功能性微生物群落與白酒風味之間的關系。
研究方法
測序技術：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：微生物組細菌16S rRNA基因V3-V4區和真菌ITS1區測序?
實驗設計
分別使用傳統大曲、混合大曲和強化大曲作為發酵劑，混合大曲由50%的傳統大曲和50%的強化大曲組成。發酵后得到的相應FG分別稱為FG0、FG50和FG100。將蒸熟的谷物冷卻到40℃以下，與大曲4:1混合后放入泥窖中，厭氧發酵2個月。取FG中、底層各7個位置，混合均勻，作為一個樣品。這些樣本分別編號為FG0-M、FG50-M和FG100-M（中間層樣本），以及FG0-B、FG50-B和FG100-B（底層樣本）。
圖1 白酒釀造過程和樣本收集示意圖
研究結果
? 不同樣本的微生物豐富度和多樣性
稀疏曲線
對樣本進行質量控制之后繪制稀疏曲線，可以看到所有的稀疏曲線都是飽和的，如圖2所示，這表明獲得的序列reads足以代表這些樣本的群落多樣性。
圖2 稀疏曲線
Alpha多樣性指數
表1描述了不同樣品中微生物群落的Alpha多樣性。對于原核微生物群落，數據顯示，同一泥窖的中層微生物豐富度（Chao1）和多樣性（Shannon）高于底層。對于真核微生物群落，添加強化大曲后，中間層的豐富度和多樣性增加，而底層減少。
表1 Alpha多樣性指數
? 不同FG中細菌和真菌的物種組成
如圖3（A）所示，細菌群落豐度在不同層間存在顯著差異，中層以Bacillus 為優勢屬，底層以Lactobacillus 為優勢屬。添加大曲后，底層Lactobacillus 的相對豐度顯著下降，Bacillus、Lactococcus 和Ochrobactrum 的相對豐度顯著增加。如圖3（B）所示，真菌優勢屬Aspergillus、Candida、Thermoascus 等菌屬在這些樣品中也表現出顯著差異。
圖3 不同FG中的物種組成
? 微生物群落與風味化合物的關系
通過RDA分析揭示微生物群落與風味化合物之間存在的關系。對于原核生物，如圖4（A）所示，己酸、1-己醇和一些酯類是FG50-B中與乳酸菌呈強正相關的重要化合物；在FG50-M中，苯甲醛、4-甲基苯酚、2,4-二叔丁基苯酚等芳香族化合物與Bacillus 等群落組成有關。對于真核生物，如圖4（B）所示，FG50-B中的乙酯和1-己醇與Candida 呈強正相關，在FG100-B中，己酸己酯主要與Thermomyces 成呈正相關。
圖4 RDA分析
? 強化大曲對微生物群落和風味化合物的調控
強化大曲在釀造過程中對微生物群落結構及其代謝進行了顯著調控，如圖5所示，且Bacillus 可以產生淀粉酶對淀粉進行降解，從而加速啤酒的釀造過程。
圖5 強化大曲的調控作用圖
結論
在本研究中，我們以適當比例的強化大曲（接種了Bacillus velezensis 和Bacillus subtilis）發酵，研究了Bacillus 對啤酒釀造過程中微生物群落和揮發性化合物形成的影響。研究表明，50%強化大曲發酵液中芳香族化合物和主要酯類含量較高，主要與Bacillus、Aspergillus、Lactobacillus 和Candida 有關。
本研究的測序和部分數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
文章索引
He G, Huang J, Zhou R, et al. Effect of Fortified Daqu on the Microbial Community and Flavor in Chinese Strong-Flavor Liquor Brewing Process[J].Frontiers in Microbiology, 2019.
