2021年9月,江南大学传统酿造食品研究中心博士研究生张晶(第一作者)、刘双平副教授(共同第一作者兼通讯作者)、毛毽教授(通讯作者)等在国际期刊Food Research International(IF=4.972)在线发表了题为“Metagenomics-based insights into the microbial community profiling and flavor development potentiality of Baijiu Daqu and Huangjiu wheat Qu”的研究论文。
曲(Qu)堪称是世界上第一个富含微生物及其代谢产物的人工培养基。大曲(Daqu)和麦曲(wheatQu)分别作为中国黄酒和白酒生产中的糖化发酵剂,是白酒和黄酒酿造中独特的原料,在发酵过程中起着关键作用,并最终决定着酒的风味品质。研究表明,大曲和麦曲在发酵过程中具有相似的功能,其可概括为三个方面:i)为酒的酿造提供稳定的酿酒微生物群;ii)作为酿造原料之一,不仅为微生物的生长提供营养,而且也形成了酒特有的风味化合物;iii)为酒的酿造提供酶,以用于酿造原料的分解。因此,曲中微生物及其代谢活动是影响白酒和黄酒质量的最关键因素之一。探索酒中风味物质与微生物的关系,并确定其发酵的核心功能微生物,对白酒和黄酒品质的提高和质量控制具有重要意义。
本研究旨在通过对曲中微生物的全基因组测序和代谢物分析,探讨大曲和麦曲分别在理化指标、微生物群落、功能基因和对风味合成起作用的关键微生物代谢网络等方面的差异。理化指标表明:与麦曲相比,大曲中蛋白酶和纤维素酶的活性和酸度均较高,而糖化酶和淀粉酶的活性均较低。全基因组鸟枪法测序显示:尽管大曲和麦曲中微生物群落的物种组成存在显著差异,但它们都具有相似的功能基因。大曲中富含戊糖片球菌、类肠膜魏斯氏菌、绿脓杆菌和丝衣霉菌(占总丰度的22.48%),而麦曲中富含糖多孢菌(54.78%,低温糖多孢菌、山东糖多孢菌、多毛糖多孢菌、刺糖多孢菌和糖多孢红霉菌)。从功能角度看,大曲和麦曲的重要功能都是氨基酸代谢和碳水化合物代谢。与此同时,联合微生物群落、功能基因和主要风味的综合分析结果暗示:山东糖多孢菌、低温糖多孢菌和刺糖多孢菌是麦曲中风味物质合成的主要贡献者,而绿脓杆菌、类肠膜魏斯氏菌、柠檬明串珠菌、肠膜明串珠菌、食窦魏斯氏菌和戊糖片球菌则对大曲中风味物质的合成贡献最大。
总之,曲(Qu)作为一种可再生的、典型的天然发酵产物,可以作为探索风味与微生物关系的模型。本研究将全基因组鸟枪法测序与代谢物分析相结合,揭示了大曲和麦曲中微生物和代谢功能上的差异,重建了曲中风味物质的合成途径,发现曲中的优势微生物可能不是主要的功能微生物。因此,本研究有助于阐明曲中不同微生物在黄酒和白酒风味形成过程中的代谢作用。与此同时,本研究旨在为传统发酵中功能微生物的鉴定提供一种新的方法。另外,本研究还从微生物和代谢的角度揭示了大曲和麦曲不同的内在发酵机制,这为阐明发酵过程中微生物在风味形成中不同的代谢作用提供了新的视角。然而,生物信息学数据只是预测性的,本研究还需更多的实验验证。此外,糖多孢菌可作为一种新的资源,进一步探索其在发酵食品中的作用和应用。