一直以來，中國白酒始終以科技創(chuàng)新作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不竭動力，眾多新研究成果的涌現(xiàn)，不斷開拓對白酒新的認知深度與廣度，北京工商大學(xué)釀酒工程系在國際食品科技期刊發(fā)表論文，對白酒制曲過程中的微生物相互作用進行探索，在探尋白酒之秘的道路上更進一程。
我國釀造食品（白酒、黃酒等）生產(chǎn)通常以曲作為發(fā)酵劑，以實現(xiàn)糖化和發(fā)酵的同步進行，該特點是東方釀造區(qū)別于西方釀造的典型特征之一。我國勞動人民在長期的生產(chǎn)實踐中，發(fā)明了許多不同用途和特點的曲，釀造出了品種繁多的各色酒類。曲的制作以谷物作為培養(yǎng)基質(zhì)在合適的條件下從釀造環(huán)境中富集微生物，并逐步形成獨特的“菌系-酶系-物系”為一體的微生態(tài)系統(tǒng)。我國傳統(tǒng)的制曲技術(shù)蘊含著許多科學(xué)道理有待深入解析，如“曲中微生物群落和酶系的組成特征、演替規(guī)律和代謝功能是什么？”“制曲過程中微生物成員間及其與環(huán)境的相互作用機制是什么”“傳統(tǒng)生產(chǎn)中微生物群落形成及代謝產(chǎn)酶的驅(qū)動機制是什么？”以及“如何構(gòu)建合成群落復(fù)刻原位菌群的代謝特征？”等。
長期生產(chǎn)實踐與科學(xué)研究表明，外部環(huán)境因子與內(nèi)部微生物相互作用是共同維系制曲微生態(tài)穩(wěn)定的關(guān)鍵要素，調(diào)節(jié)與控制該系統(tǒng)的穩(wěn)定性對曲的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用，對后續(xù)釀造過程具有重要影響。近年來蓬勃發(fā)展起來的微生物組學(xué)技術(shù)在制曲微生態(tài)研究上取得了一系列重要進展，比如不同曲中微生物群落組成及形成機制研究，揭示了制作工藝、發(fā)酵環(huán)境和地理生態(tài)等因素對功能微生物菌群的選擇作用，明確了外部環(huán)境因子對制曲過程中微生物群落形成及代謝的影響（圖1）。相對外部環(huán)境因子的驅(qū)動作用，2022年12月，北京工商大學(xué)孫寶國院士團隊王柏文、孫金沅、郝慧宜等在國際食品科技期刊《國際食品微生物學(xué)雜志》（International Journal of Food Microbiology）（1區(qū)，IF: 5.911）發(fā)表了題為“中國白酒發(fā)酵過程中揮發(fā)性有機化合物介導(dǎo)的內(nèi)源性微生物相互作用”（Volatile organic compounds mediated endogenous microbial interactions in Chinese baijiu fermentation）的研究論文，介紹了白酒制曲過程中功能微生物的互作機制及潛在調(diào)控策略，探討了群落內(nèi)部相互作用對維持制曲微生態(tài)穩(wěn)定的影響。
??圖1 不同曲中微生物群落結(jié)構(gòu)（A）、功能微生物（B）及群落形成機制（C）該論文的研究內(nèi)容包括如下方面：（1）采用擴增子測序技術(shù)揭示了該過程中微生物群落組成及演替規(guī)律，進而結(jié)合統(tǒng)計學(xué)分析明確了原位體系中功能微生物之間的相互作用；（2）以原位體系分離純化的功能微生物為對象，采用雙碟法結(jié)合非接觸培養(yǎng)模式，驗證了各微生物成員間的相互作用；（3）在單菌培養(yǎng)模式下鑒定供體微生物產(chǎn)生的主要揮發(fā)性有機化合物，再依次擾動受體微生物的生長，進而基于受體微生物的生長情況確定具有顯著影響的化合物；（4）采用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)比較分析了在化合物擾動與非擾動模式下受體微生物的代謝差異，以關(guān)鍵化合物在微生物細胞間的感應(yīng)與通訊機制。上述研究表明：微生物釋放豐度的揮發(fā)性有機化合物，在微生物種內(nèi)或種間的遠程互動或交流中扮演重要角色；這些物質(zhì)通過細胞壁或細胞膜擴散，影響微生物細胞生長或代謝，以促進成員間的協(xié)同生長（圖2）。該研究也提供了一種潛在策略，通過調(diào)節(jié)體系內(nèi)揮發(fā)性有機化合物以干預(yù)制曲過程中功能微生物的生長或代謝，有待深入研究。
??圖2 白酒制曲過程中的微生物相互作用研究當前傳統(tǒng)制曲技術(shù)依然較多采用開放式、自然式的發(fā)酵方式，其制曲的品質(zhì)均一性與批次穩(wěn)定性一直受到挑戰(zhàn)。然而，面對制造業(yè)和勞動力成本上升的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)自然發(fā)酵的制備方式已不能滿足當前快速工業(yè)發(fā)展的需求以及對產(chǎn)品質(zhì)量的期待，生產(chǎn)的標準化和現(xiàn)代化改革之路勢在必行。從上世紀的可培養(yǎng)分析到當前的微生物組學(xué)研究，已積累了豐富的知識，明確了傳統(tǒng)曲中的關(guān)鍵功能微生物或酶，并從外部環(huán)境因子和內(nèi)部微生物互作等角度揭示制曲微生態(tài)下群落形成的驅(qū)動機制。然而，受復(fù)雜工藝流程、品控與生產(chǎn)力的波動性影響，優(yōu)質(zhì)曲的標準化、現(xiàn)代化生產(chǎn)，依然是一個不容易實現(xiàn)的改革過程。相信隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展與新型生物技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，優(yōu)質(zhì)發(fā)酵劑的從頭設(shè)計到標準化生產(chǎn)必將實現(xiàn)，以保證釀造食品的品質(zhì)均一性及食品安全。
??圖3 制曲研究的趨勢及策略 以上工作得到了國家自然科學(xué)基金（32102119）和中國酒業(yè)協(xié)會白酒技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略發(fā)展委員會第四期科研項目的支持。