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江南大学徐岩教授团队发表浓香型白酒酿造窖泥主体己酸菌生态适应性研究成果
2021-10-21作者:来源:江南大学责任编辑:食品界 字体A+AA-
近日,江南大学生物工程学院徐岩教授团队在白酒酿造窖泥己酸菌生态学研究方面取得突破,研究成果“Adaptability of a caproate-producing bacterium contributes to its dominance in an anaerobic fermentation system”正式发表于《Applied and Environmental Microbiology》杂志(Volume 87,issue 20, e01203-21)。徐岩教授和任聪副研究员为论文的通讯作者,江南大学2017级博士生王慧琳为第一作者。
中国白酒有十二大香型,其中八种香型的酿造都离不开窖泥,尤以浓香型白酒与窖泥微生物关系最为密切。窖泥微生物贡献了以己酸最为主的短中链脂肪酸,成为浓香型白酒最重要的呈味物质和呈香物质前体,故优质窖泥是酿造优质浓香型白酒的关键决定性因素,也是优质白酒生产的关键性奥秘。自上世纪60年代至今,长期以来我国白酒科研工作者致力于己酸菌的研究,但由于技术手段限制,窖泥主体己酸菌的种类至今尚未得到剖析。近十年来,徐岩教授团队专注与浓香型代表性的宜宾五粮液股份有限公司、安徽古井贡酒股份有限公司和江苏洋河酒厂股份有限公司等多家白酒龙头企业合作,对我国优质白酒生产的四川、江苏、安徽等主要浓香型白酒产区的窖泥主体己酸菌进行微生物生态学和比较基因组学研究。通过在种水平对窖泥微生物进行分析,确定了窖泥中至少存在四种不同类型的己酸菌,占全球已报道己酸菌种类的40%左右。这四种己酸菌中,一种尚未被正式命名的己酸菌新种在不同产区窖泥中分布广泛且丰度较高(平均相对丰度11.4%,分布频度97.5%),被鉴定为浓香型白酒酿造的主体己酸菌。联合研究团队建立起窖泥产酸菌群培养技术,优化了窖泥厌氧菌分离培养条件,分离到多个未命名新种,其中从四川和安徽分离得到两株主体己酸菌,被命名为Caproicibacterium sp. JNU-WLY1368及Caproicibacterium sp. LBM19010,己酸合成能力8.1 g/L。比较基因组学分析表明,该菌是目前底物利用谱最为广泛的己酸菌,能够利用淀粉、麦芽糖、葡萄糖和乳酸等多种碳源,其中乳酸与糖类的同步利用能力对于该菌在窖泥中的稳态维持具有重要作用;该菌为小基因组微生物(基因组大小:1.88~2.07 Mb),其生长和代谢依赖于酒醅发酵产生的丰富氨基酸和微量营养素。本研究解析出了新型己酸菌的底物利用谱与酿造系统中碳源种类高度匹配,表明浓香型白酒酿造系统,对主体己酸菌具有良好的选择性作用。此外,主体己酸菌相比其他低丰度己酸菌具有更低的最适pH范围,这体现了它对这种高酸度酿造系统具有更好的适应性,进一步增强了其生存优势。
多年来,徐岩教授团队围绕白酒酿造窖泥厌氧菌的生态学功能和产风味特征,建立起难培养厌氧菌的可培养化技术体系,逐步推动优质窖泥菌(群)选育与产业化应用,相关研究成果先后获得中国轻工业联合会科技进步一等奖(2019)、中国酒业协会科技进步一等奖(2020)等奖励。
项目资助
上述研究工作得到了国家自然科学(重点)基金(21706097, 31530055)、中国酒业协会白酒技术创新战略发展委员会和江苏省研究生培养创新工程(KYCX18_1795)等项目的资助。
作者简介
徐 岩
江南大学 副校长
徐岩,教授,博士导师,江南大学副校长,美国化学学会(ACS)农业与食品化学部Fellow、教育部同等级人才计划创新团队的发展计划团队带头人、首批教育部新世纪优秀人才、全国优秀教师、享受国务院政府特殊津贴。
徐岩教授主要从事酿造科学与工业酶学领域科学研究,通过在酿造发酵过程中群体微生物结构与功能、微生物及其代谢机理、微生物新酶及其分子改造等研究工作,从基因组学、蛋白组学和代谢组学的水平上,解析微生物发酵机制、探索微生物酶蛋白的结构与催化功能的相互关系,提升和改造传统发酵工艺,采用发酵技术和酶技术发掘和延展新的生物制造过程,满足工业生物制造的需求。
徐岩教授先后主持国家十三五重点研发计划项目、“973计划”、“863 计划”、国家科技支撑计划、国家自然科学基金(重点项目)等国家级重大科研项目18 项。发表高水平SCI论文270余篇(TOP级期刊论文82 篇),申请国家发明专利150余项(其中国际专利11 项),授权90余项(其中国际专利9 项)。在传统发酵工程领域,针对中国传统酿造等相关产业的技术水平,形成的风味导向学术思想,成果辐射全国,推动了产业的改造。在包括茅台、五粮液、洋河等40余家全国知名白酒企业实现科技成果转化。在食品生物技术领域,开发的高效安全焙烤专用脂肪酶打破国际垄断,实现在3家企业产业化规模发酵制备与应用效果显著。研究成果以第一完成人荣获国家技术发明二等奖,中国专利银奖、中国轻工业联合会技术进步奖一等奖,中国商业联合会科学技术奖特等奖等国家级及省部级奖励13 项。
徐岩教授目前担任江南大学酿酒科学与酶技术中心主任、中国酒业协会副理事长,中国酿酒工业协会白酒技术委员会副主任,中国蒸馏酒产业技术创新战略委员会理事长。担任Systems Microbiology and Biomanufacturing 期刊主编,Bioresouce and Bioprocess、微生物学报、食品生物技术等多本学术期刊编委。
任 聪
江南大学 副研究员
学习工作经历:
2003/09-2007/07,陕西师范大学生命科学学院,生物学基地班专业,理学学士
2007/09-2012/09,中国科学院上海植物生理生态研究所,微生物学专业,理学博士
2012/10-2015/08,加州大学戴维斯分校兽医学院,分子细胞生物学专业,博士后
2015/09-至今,江南大学生物工程学院,发酵工程专业,教师