生物學技術對白酒釀造微生物的影響分析

◎ 楊文翠，張文麗，任文吉，樊金光，王紅麗

（山西杏花村汾酒廠股份有限公司中國汾酒城管理中心，山西 汾陽 032205）

白酒的發酵過程離不開各種微生物的繁殖和代謝作用，微生物的種類、數量和代謝情況都會直接影響白酒的質量和口感。目前，人們對白酒的釀造技術和風味要求越來越高，因此如何在白酒釀造技術上取得創新和突破成為值得研究的問題，這就需要利用現代生物學技術探尋白酒釀造的細節，為今后的白酒產品研發提供更多理論依據。

1 白酒釀造過程中的微生物及其作用機理

1.1 細菌及其作用機理

在白酒釀造過程中，存在著多種活躍的細菌，其中起主要作用的是乳酸菌、醋酸菌和芽孢桿菌，其在酒曲制造和白酒釀造中均起著重要的作用，細菌的代謝產物在一定程度上能夠促進香味物質的積累，這主要是由于一些功能性細菌群提高了白酒發酵體系的酯化能力。以醬香型白酒的酒曲為例，其中含有大量的細菌，平均每克酒曲中所含有的細菌總數高達107個。這些細菌種類繁多，不同種類的細菌分別具備分解不同有機高分子化合物的能力，在分解后，生成各種氨基酸和糖類物質，這些氨基酸和糖類再經過后續的生化反應，就能夠形成一系列具有香味的化合物。不僅如此，白酒釀造過程中，大量游離的氨基酸還能通過美拉德反應而形成醬香風味[1]。

1.2 酵母菌及其作用機理

酵母菌在白酒釀造中的主要作用是利用釀酒原料中的糖分進行發酵生成酒精，其本身含有大量能夠分解有機物的酶，即使在缺氧的環境下，仍能夠利用各種酶的催化，將糖分先催化生成丙酮酸，再反應生成乙醇。整體來看，在白酒釀造過程中，酵母菌又可細分為釀酒酵母和產酯酵母，其中釀酒酵母占據主導地位，產酯酵母則主要起著生成酯類物質的作用，主要生成的酯類則多為乙酸乙酯[2]。通過酵母菌的作用，能夠顯著提高白酒的質量，如果需要提高白酒中香型物質的含量，則可通過調控酵母菌數量的方式加以實現。

1.3 霉菌及其作用機理

霉菌是除酵母菌外在白酒釀造過程中起重要作用的真菌，其主要是通過糖化作用為其他微生物提供代謝所必需的糖分。同時，霉菌同樣具備酯化作用，能夠加速有機物的分解和轉化，使白酒產品具有更為獨特的風味。具體來看，白酒釀造成品的質量影響因素包括霉菌的類別、數目和生長情況等，特別是一些霉菌還能對白酒中的有機酸含量進行調節，有利于進一步提高白酒的口感。

2 現階段白酒釀造中常用的生物學技術

2.1 以PCR為基礎的DNA指紋圖譜鑒定技術

當前，以PCR為基礎的DNA指紋圖譜鑒定技術種類相對較多，其中PCR-DGGE克隆分析技術和宏基因組技術在白酒釀造中相對更為常用。具體來看，PCR-DGGE克隆分析技術能夠通過聚合酶的鏈式反應來進行分析，由于不同生物的DNA在同一溫度下雙螺旋結構的解構速率各不相同，因此可根據其電泳遷移率，對白酒釀造中存在的微生物種類進行鑒定。有研究人員通過該種技術對汾酒進行研究后發現，汾酒酒曲中存在著大量的細菌和真菌微生物，這些微生物的數量和種類與發酵溫度的高低有著直接關聯。宏基因組技術則是通過克隆白酒樣品中的微生物，來獲取這些微生物的基因信息，實現對白酒中微生物種類和數量的分析，根據分析結果就可判定何種微生物在白酒發酵中起著主導作用，從而實現對各種類型白酒的成分調整，充分滿足各種人群的不同需求。

2.2 磷脂脂肪酸分析法

磷脂脂肪酸分析法起步相對較早，早在20世紀70年代就見諸報端，其主要是通過氣相色譜-質譜法對微生物的磷脂脂肪酸種類和數量進行測定，由此微生物的繁殖能力將通過圖譜峰值面積加以不同體現，就能夠對白酒釀造過程中各種微生物的組成和數量進行較為精確的判斷。不僅如此，此種分析方法也能實現對各種微生物群落的標記，當微生物群落數量發生變化時，變化情況能夠直觀地顯示在氣相色譜圖當中，研究人員只需通過分析氣相色譜圖，就可以明確在白酒釀造過程中各種微生物數量上的變化規律。概括來看，由于磷脂脂肪酸分析法具有以上兩方面優勢，且操作相對較為簡便，因此當前仍有較廣泛的應用[3]。

2.3 Biolog微平板分析技術

Biolog微平板分析技術在發展早期由于技術上的限制，通常局限于對單種微生物的分析和數量測定，但近年來隨著生物學領域的不斷進步，其已經實現了對多種類型微生物的同時分析和數量測定。因此，Biolog微平板分析技術在白酒釀造中也得到了一定程度的應用。具體來看，在應用Biolog微平板分析技術時，技術人員主要通過相關的計算機軟件進行數據信息的收集和讀取。由于Biolog微平板分析技術具有很高的靈敏度，所以其能夠用以準確的數據分析，有效避免了以往人工分析費時費力或容易出現數據誤差等缺陷，通過采用此項技術，白酒釀造過程中微生物分析鑒定的流程將得到進一步簡化，鑒定的效率和質量也都能得到顯著提高。

2.4 高通量測序技術

高通量測序技術簡稱為NGS技術，其能夠實現對多條DNA分子序列的同時深度測序，實現對一個物種的轉錄組和基因組的全面分析。目前，較為常用的高通量測序技術主要是第二代測序技術中的454高通量測序法，其主要通過生物發光的原理，進行物種DNA序列的分析，在分析過程中，在各種酶的作用下，引物上每一個dNTP發生聚合時，都會激發熒光信號而出現生物發光，通過對熒光信號釋放位置和強度進行檢測，就能夠實現對DNA序列的測定。

3 生物學技術在白酒釀造微生物分析中的應用

3.1 在大曲類微生物中的應用

在大曲生產過程中，存在著多種多樣的微生物，這些微生物又會產生種類繁多的酶，如果采用傳統的檢測方法，很難對其進行準確分析，而利用現代生物學技術可針對大曲微生物的群落結構等方面進行有效分析。有研究人員通過對大曲中菌類DNA的提取、PCR擴增和解析后發現，大曲的細菌多樣性頗高，不僅具有常規的細菌和真菌，還存在諸如變形桿菌和假單胞菌等微生物[4]。

白酒釀造的不同時期，起主導作用的微生物類型可能存在著一定的區別。因此，研究人員對大曲發酵過程中的微生物群落結構進行了研究，結果表明，在不同時期，微生物群落結構的形態有著細微的區別，由此研究人員也推測，在不同時期的不同生物菌落的發展中，既存在著協同作用，也存在著此消彼長的制約效應[5]。在此基礎上，有研究人員以清香型白酒的大曲為例，采用PCR-DGGE技術，分析了該種大曲發酵過程中各階段何種酵母菌占據優勢，并將其與傳統的生物學分離方法相結合，再次進行了微生物分離鑒定，通過鑒定明確了其中主要菌類的組成比例，并明確了菌類的進化關系[6]。

3.2 在窖泥微生物中的應用

相對大曲而言，窖泥微生物有著更為豐富的種類，要對其進行定性和定量分析，就離不開各種現代分子生物學技術的支撐。近年來，使用現代分子生物學技術研究白酒窖泥微生物的頻率不斷增加，也已經取得了一定的成效。有研究人員針對濃香型白酒窖泥微生物進行了研究，其主要采用PCR-DGGE技術，對幾種不同窖齡白酒的窖泥微生物進行了研究，通過對比分析發現，隨著白酒窖齡的增加，窖泥微生物的種類和豐度也有著一定的區別，尤其是對于窖齡超過百年的白酒，其中含有古生菌，一些古生菌甚至有著不可培養的特性[7]。總體來看，白酒窖泥微生物的多樣性會隨著窖齡的增加而增強，其中，在窖齡20年到50年這個時間段內，微生物多樣性的增長較為顯著，而在窖齡超過50年后，增長開始趨緩。

3.3 在酒醅微生物中的應用

白酒釀造過程中，酒醅有著“千年窖萬年糟”的說法，其主要作用是為窖泥微生物的生長提供必要的能源，主要起著培養基的作用。由于酒醅微生物有著更為復雜的生長環境，因此根本不能使用傳統的分離法來研究其中的生物群系，必須采用現代分子生物學技術實現對酒醅微生物群落結構的快速準確分析。目前，PCR-DGGE技術和基因文庫相結合的技術方式較為常用，有研究人員通過取樣法對酒醅發酵過程中微生物的變化情況進行分析，借助PCR擴增技術，將其與窖池中心的酒醅微生物進行比較，結果表明，在發酵初期酒醅微生物的多樣性較為明顯，其中各種真菌占據優勢，隨著白酒釀造過程的推進，真菌菌群發生變化，其優勢菌群出現了明顯的改變，乳桿菌開始逐漸占據優勢，這導致白酒釀造原材料中的有機高分子物質降解速度發生變化，生化反應進行的方向也發生改變，由此形成各種風味物質[8]。同時，隨著發酵過程的進行，真菌菌群的多樣性程度開始顯著降低，其中，以下層酒醅微生物多樣性的降低程度更為顯著。

4 結語

白酒的發展已經離不開各種先進科學技術的支撐，目前來看，在白酒的實際生產中，釀造微生物方面的難題仍然亟待解決，因此必須借助現代生物學技術進行綜合分析，確保釀造微生物能夠在白酒釀造中得到更加有效的應用，為今后的白酒釀造工藝提供理論指導，實現白酒研發的創新和發展。