隱身釀酒家族的探訪者

上甑摘酒、攤晾拌曲、堆積發(fā)酵、入窖發(fā)酵……按照茅臺酒傳統(tǒng)釀造工藝流程，成千上萬的工人各司其職，忙得不亦樂乎。與此同時(shí)，每秒鐘都有數(shù)以萬億的微生物，也在積極活躍，參與茅臺酒的釀造。茅臺的工人們都知道，他們只是“大自然的搬運(yùn)工”。

茅臺之所以是好酒，因?yàn)槿酥会勔话?，另一半不是神仙出手，而是看不見摸不著的千千萬萬微生物。茅臺酒釀造微生物的菌群結(jié)構(gòu)就是“茅臺基因”，這個(gè)基因變了，茅臺將不再是茅臺。茅臺技術(shù)中心的實(shí)驗(yàn)室里，科研者正借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，探尋“看不見的釀酒師”們所隱藏的秘密。

1900多個(gè)家族的隱身釀酒師

走進(jìn)茅臺技術(shù)中心第三研究室，首先映入眼簾的是電腦屏幕上的一簇紅色曲線，科研員王國崢穿著一身白大褂，正在技術(shù)臺上忙碌操作，他指著屏幕上的紅色曲線告訴記者：“這些曲線表示的是茅臺酒釀造過程中的關(guān)鍵微生物的DNA模板的數(shù)目，我們通過這個(gè)檢測結(jié)果來判斷菌群的數(shù)目?！?/p>

王國崢的專業(yè)是分子生態(tài)學(xué)，2021年4月入職茅臺。他說：“選擇茅臺，是因?yàn)榧究肆祭舷壬f‘離開茅臺鎮(zhèn)，就產(chǎn)不出茅臺酒’，我覺得這很神秘，我的專業(yè)也對口，便想要到茅臺來，通過自己的所學(xué)，揭開其中的秘密?！?/p>

王國崢的其中一項(xiàng)工作，是對茅臺酒釀造微生物特定菌群數(shù)量進(jìn)行檢測。取樣、將樣品在96孔板上混合、打開熒光定量PCR儀器、將樣品上機(jī)、設(shè)定好程序、編號、運(yùn)行，獲得結(jié)果。

王國崢說：“采用熒光定量PCR法，可以快速檢測目標(biāo)菌群，反映生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)情況，以便指導(dǎo)和調(diào)整生產(chǎn)。”

每天走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，王國崢腦袋里都會閃出兩個(gè)問題：要從生產(chǎn)車間內(nèi)收取哪些樣品？分析處理哪些數(shù)據(jù)？他要對接生產(chǎn)車間，將其送來的樣品分類整理，然后檢測樣品的pH值、酶活、糖譜，進(jìn)行熒光定量PCR檢測等一系列的實(shí)驗(yàn)，用科研手段“捕捉”微生物的秘密。

“我們每天都會對檢測的結(jié)果進(jìn)行分析，做到對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的把控?！?/p>

王國崢也會到制酒車間跟蹤生產(chǎn)過程，在他曾經(jīng)跟蹤過的一個(gè)車間里，他就發(fā)現(xiàn)四個(gè)班組的堆積發(fā)酵情況都各不相同，“環(huán)境的微小變化，都會對微生物的生長產(chǎn)生影響?！?/p>

通過多年研究，茅臺科研工作者發(fā)現(xiàn)在茅臺酒釀造體系中存在1900多種微生物，并對其中關(guān)鍵功能微生物的基因及代謝特征有了更為深入的認(rèn)識。例如，茅臺與中科院微生物所、江南大學(xué)等機(jī)構(gòu)和高校的合作研究表明，茅臺釀造車間分離的微生物具有獨(dú)特性，這也直接揭示了茅臺酒釀造微生態(tài)的地域獨(dú)特性，對“離開茅臺鎮(zhèn)釀不出茅臺酒”有了更加系統(tǒng)和科學(xué)的解讀。

2005年，茅臺成立我國第一個(gè)白酒微生物菌種資源庫，經(jīng)過十幾年的擴(kuò)容，現(xiàn)在已經(jīng)構(gòu)建了涵蓋150余種，7900余株釀造過程微生物的菌種資源庫，發(fā)現(xiàn)并解析了產(chǎn)酸微生物、產(chǎn)醇微生物、產(chǎn)香微生物、產(chǎn)酶微生物四大類功能微生物群。目前，茅臺技術(shù)中心已經(jīng)建立起實(shí)體和數(shù)據(jù)菌種資源雙庫，實(shí)體菌種和菌種信息都保存在資源庫中。

風(fēng)味物質(zhì)定向調(diào)控

解析茅臺酒釀造微生物有哪些后，茅臺的科研工作者們開始解析這些微生物是如何協(xié)同作用發(fā)揮功能。

“釀酒的關(guān)鍵是微生物，香氣實(shí)際上是微生物新陳代謝的產(chǎn)物，不同種類的微生物決定了酒香的不同。”茅臺技術(shù)中心副主任、高級工程師、發(fā)酵工程工學(xué)博士楊帆說，茅臺酒的風(fēng)味是由多樣、穩(wěn)定的微生物菌群和復(fù)雜的代謝產(chǎn)物共同構(gòu)成，最終呈現(xiàn)出茅臺酒“醬香突出、優(yōu)雅細(xì)膩、酒體醇厚、回味悠長、空杯留香持久”的特點(diǎn)。而要揭開這個(gè)的秘密，就要解碼茅臺酒的釀造微生物，解析其豐富多樣的代謝產(chǎn)物。

在研究人員的眼里，茅臺酒的品質(zhì)是一個(gè)整體的體系現(xiàn)象，最核心的關(guān)鍵就是微生物，前期的產(chǎn)業(yè)鏈提供的東西是為了微生物有一個(gè)更好的發(fā)酵條件，解析微生物就是解析釀造工藝?！鞍盐⑸锏恼麄€(gè)代謝、釀造的機(jī)制解析清楚，有利于更好把控整個(gè)生產(chǎn)過程?！?/p>

茅臺技術(shù)中心技術(shù)主管盧建軍研究生階段就開始關(guān)注白酒微生物，如今，在茅臺的實(shí)驗(yàn)室里，已經(jīng)和微生物打了7年的交道。

盧建軍從玻璃瓶中取出載玻片，取樣后放到顯微鏡下，一番熟練的操作后，電腦屏幕上就出現(xiàn)了提取分離出來的微生物，無數(shù)倍放大后，那些古怪的面孔終于清晰可見。

盧建軍近幾年一直在做微生物分子、基因?qū)用娴难芯浚凸ぷ鲀?nèi)容而言，在外界看起來是一個(gè)不斷重復(fù)的過程，可能會覺得枯燥，但對盧建軍這樣長期和微生物打交道的科研人員來說，很多時(shí)候是樂在其中的。茅臺酒釀造微生物菌群的復(fù)雜性，吸引他們不斷一步一步深入探尋。

“在以前的認(rèn)知里，白酒里面產(chǎn)生醇類的都是酵母菌、芽孢桿菌，但是我們解析出來有乳酸菌能夠代謝這些產(chǎn)物，這是一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)?！北R建軍說，在茅臺做科研，當(dāng)新發(fā)現(xiàn)、新成果能對生產(chǎn)產(chǎn)生作用時(shí)，是他們最高興的時(shí)候。

據(jù)介紹，在基于宏組培技術(shù)條件下，茅臺技術(shù)中心構(gòu)建了代謝網(wǎng)絡(luò)及產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫，在基因?qū)用嫔蠈?shí)現(xiàn)了茅臺酒風(fēng)味物質(zhì)代謝途徑的解析，應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際之中，實(shí)現(xiàn)了釀造微生物功能預(yù)測、代謝產(chǎn)物預(yù)測、對優(yōu)勢菌種的安全評估、靶向篩選等多種有效的生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用。

“我們將微生物代謝體系跟生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合后，構(gòu)建了特征性風(fēng)味物質(zhì)定向調(diào)控體系，通過功能菌群的聯(lián)動培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了茅臺酒特征風(fēng)味的定向調(diào)控。”盧建軍說，這對茅臺酒的發(fā)酵質(zhì)量、發(fā)酵風(fēng)味有很好的幫助，通過定向調(diào)控的方式，能夠減少一些影響茅臺酒風(fēng)味的物質(zhì)。

目前，通過對釀造微生物的解析和生產(chǎn)實(shí)際關(guān)聯(lián)的分析，茅臺技術(shù)中心構(gòu)建了四大解析平臺——為了知道釀造微生物有什么，構(gòu)建了高通量測序平臺；為了知道釀造微生物有多少，建立了精準(zhǔn)快速定量平臺；為了知道微生物的功能，構(gòu)建了功能微生物代謝產(chǎn)物解析平臺；為了保護(hù)和保藏菌種資源，建立了菌種保藏平臺。

一層一層剝開香氣之謎

“我們的最終目標(biāo)是通過科學(xué)研究來保證這瓶酒的質(zhì)量。”楊帆說，好奇心是科研工作者最大的源動力，而在茅臺研究微生物，窮根究底、解密茅臺酒的秘密就是他們的驅(qū)動力，樂趣和成就感就蘊(yùn)藏在這些個(gè)小小的細(xì)胞組織里、基因片段里。

隨著微生物技術(shù)的發(fā)展，茅臺科研工作者像是剝洋蔥似的，正一層一層揭開茅臺酒的神秘面紗。

茅臺酒的釀造微生物研究現(xiàn)在已步入分子時(shí)代——從分子層面上確定“微生物利用什么物質(zhì)在什么條件下代謝什么物質(zhì)產(chǎn)生什么風(fēng)味”，來保證茅臺酒的風(fēng)味品質(zhì)和食品安全。

通過現(xiàn)代風(fēng)味化學(xué)分析技術(shù)的運(yùn)用，茅臺科研工作者們在茅臺酒中共分離得到1300多種成分，確定了700余種呈香呈味化合物的風(fēng)味貢獻(xiàn)。研究表明，茅臺酒風(fēng)味成分獨(dú)特，表現(xiàn)為風(fēng)味物質(zhì)種類多、含量適中，尤以呈花香的芳香族類、呈堅(jiān)果香的吡嗪類以及有機(jī)酸類化合物豐富，使得茅臺酒幽雅細(xì)膩、自然協(xié)調(diào)、醇厚悠長。

為了保證茅臺酒永不變味，茅臺不斷加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量管控，將傳統(tǒng)感官評價(jià)與儀器分析相結(jié)合，逐步建立并完善特征性風(fēng)味物質(zhì)的監(jiān)控方法和茅臺酒品質(zhì)穩(wěn)定性評價(jià)方法，這一方法體系確保了茅臺酒出廠產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定可控和始終如一。

茅臺技術(shù)中心現(xiàn)有59人，他們來自全國17個(gè)省份。茅臺技術(shù)中心有6個(gè)科室，這6個(gè)科室研究內(nèi)容貫穿了釀制茅臺酒的每一滴的全過程。從原料出發(fā)，包含高粱、小麥、水等；到環(huán)境研究，有空氣、赤水河、土壤、廢棄物處置、生態(tài)環(huán)境承載力、碳達(dá)峰碳中和、節(jié)能減排等等；到微生物研究，主要是微生物的多樣性和穩(wěn)定性以及微生物代謝產(chǎn)物的復(fù)雜性；茅臺酒風(fēng)味與品質(zhì)研究，研究茅臺酒香氣物質(zhì)組成、茅臺酒的組成成分，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；再到食品安全等。

據(jù)了解，茅臺參與省部級及以上項(xiàng)目如“十三五”重大專項(xiàng)《醬香型固態(tài)白酒風(fēng)味關(guān)鍵微生物及風(fēng)味品質(zhì)提升技術(shù)研究》、貴州省科技計(jì)劃課題《貴州省釀酒工程技術(shù)研究中心重組建設(shè)》等?！笆濉币詠恚l(fā)表科技論文24篇（ SCI 9篇），申請國家專利20項(xiàng)（授權(quán)10項(xiàng)），獲3項(xiàng)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，3項(xiàng)成果鑒定為國際領(lǐng)先，與國內(nèi)多所科研院校（清華大學(xué)、中國科學(xué)院、江南大學(xué)等）合作開展20余項(xiàng)科研項(xiàng)目。

2021年11月5日，茅臺集團(tuán)舉行茅臺科技大樓開工典禮。茅臺科技大樓總建筑面積3.17萬平方米，包含實(shí)驗(yàn)室、學(xué)術(shù)報(bào)告廳和學(xué)術(shù)展覽廳等，是集“智慧茅臺”和“科技茅臺”為一體的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)、科研、學(xué)術(shù)交流、教學(xué)研究場所。這是茅臺技術(shù)中心的科研工作者們向往和期待的全新“圣地”。