生物学技术对白酒酿造微生物的影响分析

2021-03-30杨文翠张文丽任文吉樊金光王红丽

现代食品 2021年5期

◎ 杨文翠，张文丽，任文吉，樊金光，王红丽

（山西杏花村汾酒厂股份有限公司中国汾酒城管理中心，山西汾阳 032205）

白酒的发酵过程离不开各种微生物的繁殖和代谢作用，微生物的种类、数量和代谢情况都会直接影响白酒的质量和口感。目前，人们对白酒的酿造技术和风味要求越来越高，因此如何在白酒酿造技术上取得创新和突破成为值得研究的问题，这就需要利用现代生物学技术探寻白酒酿造的细节，为今后的白酒产品研发提供更多理论依据。

1 白酒酿造过程中的微生物及其作用机理

1.1 细菌及其作用机理

在白酒酿造过程中，存在着多种活跃的细菌，其中起主要作用的是乳酸菌、醋酸菌和芽孢杆菌，其在酒曲制造和白酒酿造中均起着重要的作用，细菌的代谢产物在一定程度上能够促进香味物质的积累，这主要是由于一些功能性细菌群提高了白酒发酵体系的酯化能力。以酱香型白酒的酒曲为例，其中含有大量的细菌，平均每克酒曲中所含有的细菌总数高达107个。这些细菌种类繁多，不同种类的细菌分别具备分解不同有机高分子化合物的能力，在分解后，生成各种氨基酸和糖类物质，这些氨基酸和糖类再经过后续的生化反应，就能够形成一系列具有香味的化合物。不仅如此，白酒酿造过程中，大量游离的氨基酸还能通过美拉德反应而形成酱香风味[1]。

1.2 酵母菌及其作用机理

酵母菌在白酒酿造中的主要作用是利用酿酒原料中的糖分进行发酵生成酒精，其本身含有大量能够分解有机物的酶，即使在缺氧的环境下，仍能够利用各种酶的催化，将糖分先催化生成丙酮酸，再反应生成乙醇。整体来看，在白酒酿造过程中，酵母菌又可细分为酿酒酵母和产酯酵母，其中酿酒酵母占据主导地位，产酯酵母则主要起着生成酯类物质的作用，主要生成的酯类则多为乙酸乙酯[2]。通过酵母菌的作用，能够显著提高白酒的质量，如果需要提高白酒中香型物质的含量，则可通过调控酵母菌数量的方式加以实现。

1.3 霉菌及其作用机理

霉菌是除酵母菌外在白酒酿造过程中起重要作用的真菌，其主要是通过糖化作用为其他微生物提供代谢所必需的糖分。同时，霉菌同样具备酯化作用，能够加速有机物的分解和转化，使白酒产品具有更为独特的风味。具体来看，白酒酿造成品的质量影响因素包括霉菌的类别、数目和生长情况等，特别是一些霉菌还能对白酒中的有机酸含量进行调节，有利于进一步提高白酒的口感。

2 现阶段白酒酿造中常用的生物学技术

2.1 以PCR为基础的DNA指纹图谱鉴定技术

当前，以PCR为基础的DNA指纹图谱鉴定技术种类相对较多，其中PCR-DGGE克隆分析技术和宏基因组技术在白酒酿造中相对更为常用。具体来看，PCR-DGGE克隆分析技术能够通过聚合酶的链式反应来进行分析，由于不同生物的DNA在同一温度下双螺旋结构的解构速率各不相同，因此可根据其电泳迁移率，对白酒酿造中存在的微生物种类进行鉴定。有研究人员通过该种技术对汾酒进行研究后发现，汾酒酒曲中存在着大量的细菌和真菌微生物，这些微生物的数量和种类与发酵温度的高低有着直接关联。宏基因组技术则是通过克隆白酒样品中的微生物，来获取这些微生物的基因信息，实现对白酒中微生物种类和数量的分析，根据分析结果就可判定何种微生物在白酒发酵中起着主导作用，从而实现对各种类型白酒的成分调整，充分满足各种人群的不同需求。

2.2 磷脂脂肪酸分析法

磷脂脂肪酸分析法起步相对较早，早在20世纪70年代就见诸报端，其主要是通过气相色谱-质谱法对微生物的磷脂脂肪酸种类和数量进行测定，由此微生物的繁殖能力将通过图谱峰值面积加以不同体现，就能够对白酒酿造过程中各种微生物的组成和数量进行较为精确的判断。不仅如此，此种分析方法也能实现对各种微生物群落的标记，当微生物群落数量发生变化时，变化情况能够直观地显示在气相色谱图当中，研究人员只需通过分析气相色谱图，就可以明确在白酒酿造过程中各种微生物数量上的变化规律。概括来看，由于磷脂脂肪酸分析法具有以上两方面优势，且操作相对较为简便，因此当前仍有较广泛的应用[3]。

2.3 Biolog微平板分析技术

Biolog微平板分析技术在发展早期由于技术上的限制，通常局限于对单种微生物的分析和数量测定，但近年来随着生物学领域的不断进步，其已经实现了对多种类型微生物的同时分析和数量测定。因此，Biolog微平板分析技术在白酒酿造中也得到了一定程度的应用。具体来看，在应用Biolog微平板分析技术时，技术人员主要通过相关的计算机软件进行数据信息的收集和读取。由于Biolog微平板分析技术具有很高的灵敏度，所以其能够用以准确的数据分析，有效避免了以往人工分析费时费力或容易出现数据误差等缺陷，通过采用此项技术，白酒酿造过程中微生物分析鉴定的流程将得到进一步简化，鉴定的效率和质量也都能得到显著提高。

2.4 高通量测序技术

高通量测序技术简称为NGS技术，其能够实现对多条DNA分子序列的同时深度测序，实现对一个物种的转录组和基因组的全面分析。目前，较为常用的高通量测序技术主要是第二代测序技术中的454高通量测序法，其主要通过生物发光的原理，进行物种DNA序列的分析，在分析过程中，在各种酶的作用下，引物上每一个dNTP发生聚合时，都会激发荧光信号而出现生物发光，通过对荧光信号释放位置和强度进行检测，就能够实现对DNA序列的测定。

3 生物学技术在白酒酿造微生物分析中的应用

3.1 在大曲类微生物中的应用

在大曲生产过程中，存在着多种多样的微生物，这些微生物又会产生种类繁多的酶，如果采用传统的检测方法，很难对其进行准确分析，而利用现代生物学技术可针对大曲微生物的群落结构等方面进行有效分析。有研究人员通过对大曲中菌类DNA的提取、PCR扩增和解析后发现，大曲的细菌多样性颇高，不仅具有常规的细菌和真菌，还存在诸如变形杆菌和假单胞菌等微生物[4]。

白酒酿造的不同时期，起主导作用的微生物类型可能存在着一定的区别。因此，研究人员对大曲发酵过程中的微生物群落结构进行了研究，结果表明，在不同时期，微生物群落结构的形态有着细微的区别，由此研究人员也推测，在不同时期的不同生物菌落的发展中，既存在着协同作用，也存在着此消彼长的制约效应[5]。在此基础上，有研究人员以清香型白酒的大曲为例，采用PCR-DGGE技术，分析了该种大曲发酵过程中各阶段何种酵母菌占据优势，并将其与传统的生物学分离方法相结合，再次进行了微生物分离鉴定，通过鉴定明确了其中主要菌类的组成比例，并明确了菌类的进化关系[6]。

3.2 在窖泥微生物中的应用

相对大曲而言，窖泥微生物有着更为丰富的种类，要对其进行定性和定量分析，就离不开各种现代分子生物学技术的支撑。近年来，使用现代分子生物学技术研究白酒窖泥微生物的频率不断增加，也已经取得了一定的成效。有研究人员针对浓香型白酒窖泥微生物进行了研究，其主要采用PCR-DGGE技术，对几种不同窖龄白酒的窖泥微生物进行了研究，通过对比分析发现，随着白酒窖龄的增加，窖泥微生物的种类和丰度也有着一定的区别，尤其是对于窖龄超过百年的白酒，其中含有古生菌，一些古生菌甚至有着不可培养的特性[7]。总体来看，白酒窖泥微生物的多样性会随着窖龄的增加而增强，其中，在窖龄20年到50年这个时间段内，微生物多样性的增长较为显著，而在窖龄超过50年后，增长开始趋缓。

3.3 在酒醅微生物中的应用

白酒酿造过程中，酒醅有着“千年窖万年糟”的说法，其主要作用是为窖泥微生物的生长提供必要的能源，主要起着培养基的作用。由于酒醅微生物有着更为复杂的生长环境，因此根本不能使用传统的分离法来研究其中的生物群系，必须采用现代分子生物学技术实现对酒醅微生物群落结构的快速准确分析。目前，PCR-DGGE技术和基因文库相结合的技术方式较为常用，有研究人员通过取样法对酒醅发酵过程中微生物的变化情况进行分析，借助PCR扩增技术，将其与窖池中心的酒醅微生物进行比较，结果表明，在发酵初期酒醅微生物的多样性较为明显，其中各种真菌占据优势，随着白酒酿造过程的推进，真菌菌群发生变化，其优势菌群出现了明显的改变，乳杆菌开始逐渐占据优势，这导致白酒酿造原材料中的有机高分子物质降解速度发生变化，生化反应进行的方向也发生改变，由此形成各种风味物质[8]。同时，随着发酵过程的进行，真菌菌群的多样性程度开始显著降低，其中，以下层酒醅微生物多样性的降低程度更为显著。