組學技術在白酒釀造微生物中的應用進展

駱紅波，孫優(yōu)蘭，范奇高，胡建鋒，張 健*

（貴州習酒股份有限公司，貴州 遵義 564622）

中國白酒是具有民族特色的酒精飲料，通常以不同的谷物為原料，以大曲、麩曲等為糖化發(fā)酵劑，經(jīng)蒸煮、發(fā)酵、蒸餾、貯存和勾兌組合而成[1]。不同的自然環(huán)境、釀造原料、制曲工藝、釀造工藝、氣候條件等決定了白酒的風格，目前已形成了各具特色的12種白酒香型，其中濃香、清香和醬香型深受國內(nèi)外市場的喜愛。許多研究和生產(chǎn)實踐表明，復雜而獨特的微生物貫穿釀造全生命周期，對白酒的風味特征起著重要作用。釀造微生物來源是多途徑的，原輔料、糖化發(fā)酵劑、發(fā)酵容器、生產(chǎn)場地和工具等都會提供不同種類的微生物，進而形成復雜多樣的微生物生態(tài)系統(tǒng)。因此，全面解析釀造微生物的群落組成特征、代謝通路、代謝產(chǎn)物等對明晰白酒特征風味物質(zhì)、改善酒體品質(zhì)、推進智能化釀造方面具有重要意義。

長期以來，研究人員一直利用傳統(tǒng)的微生物學技術研究復雜的釀造微生物體系。隨著分子技術及測序技術的進步，一些組學手段（如基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)學和代謝組學等）已經(jīng)開始被運用于釀造微生物研究，為全面解析釀造功能菌、功能基因和代謝通路、酶活性和代謝產(chǎn)物及其互作研究提供了技術支持[2-4]。例如，目前已通過基因組學和代謝組學技術挖掘到多個細菌（如乳酸菌、芽孢桿菌、葡萄球菌和梭菌）、真菌（如鐮刀菌、畢赤酵母和根霉）等微生物與酒體風味形成相關[5-10]，這些微生物有望成為提升白酒風味的媒介。本文對基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)學和代謝組學技術在白酒釀造微生物的應用進展進行綜述，并對組學技術在未來釀造微生物的研究方向提出了思考與展望，旨在為后續(xù)探索微生物協(xié)同作用、風味形成機理、質(zhì)量控制等相關領域的研究提供理論指導。

1 基因組學技術在白酒釀造微生物中的應用

基因組幾乎包含了生物體所有的遺傳信息，是微生物特定功能和表型形成的根源。因此，全基因組測序為在基因水平揭示白酒釀造微生物群落結構、功能基因、代謝機制等信息提供技術手段。一代測序以Sanger雙鏈終止法為代表，具有測序讀段長（可達1 000 bp），準確性高（可達99.999%）等特點，但存在測序成本高、測序通量低等缺點。二代測序技術以Roche公司的454技術、Illumina公司的Solexa/Hiseq技術和ABI公司的Solid技術為代表，具有測序成本低、測序速度快、準確性高等特點。三代測序以PacBio公司的單分子實時測序技術和ONT公司的單分子納米孔測序技術為代表，具有準確性高、讀長超長、檢測簡便等優(yōu)勢。目前，全基因組測序主要借助于二代和三代測序技術，這些技術在解析釀造微生物的群落結構及多樣性特征、功能基因及通路、溯源釀造微生物等方面得到了廣泛應用（表1）。

1.1 二代測序技術

目前，二代測序技術在白酒釀造微生物群落方面已取得諸多成果。例如，在醬香型白酒中，ZHU C T等[18-19]研究發(fā)現(xiàn)，溫度、濕度和酸度影響曲塊微生物群落結構和演變規(guī)律；無色桿菌屬（Achromobacter）、寡養(yǎng)單胞菌屬（Stentrophomonas）和代爾夫特菌屬（Delftia）是翻曲過程中的優(yōu)勢菌，且一次翻曲操作有助于風味功能微生物的富集，二次翻曲有利于酯化功能微生物的富集，該研究對翻曲操作進行科學解釋。在濃香型白酒中，WANG X J等[28-29]研究發(fā)現(xiàn)，在同一窖池中，不同空間位置、不同發(fā)酵原料的窖泥微生物群落在豐度和結構組成上具有顯著差異，其中古菌在窖泥中豐度最高，其次是細菌和真菌；并且發(fā)現(xiàn)微生物的豐富度和多樣性與窖泥年限呈正相關。在釀造環(huán)境方面，ZHU Q等[39-40]對茅臺釀造核心產(chǎn)區(qū)、和義興優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)和習酒產(chǎn)區(qū)環(huán)境空氣的微生物群落解析，發(fā)現(xiàn)茅臺釀造產(chǎn)區(qū)的微生物結構與另外兩個產(chǎn)區(qū)顯著不同；進一步對茅臺酒釀造環(huán)境、釀造過程、周邊環(huán)境以及其他區(qū)域共100余株釀酒酵母基因組研究，發(fā)現(xiàn)茅臺核心產(chǎn)區(qū)長期的釀造活動篩選進化出獨特的釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），為茅臺酒的釀造提供了優(yōu)質(zhì)酵母資源。

1.2 三代測序技術

近年來，三代測序技術在釀造微生物的新基因組裝與挖掘、生物學功能注釋等方面研究逐漸增多。例如，XU Y Q等[38]對從酒曲中篩選出的分散型泛菌（Pantoea dispersa）BJQ0007進行測序，獲得了其基因組的完整圖。該菌的基因組大小為4.3 Mbp，鳥嘌呤（guanine，G）胞嘧啶（cytosine，C）含量為57.9%，共有4 285個基因，其中有4 176編碼基因；通過基因注釋發(fā)現(xiàn)，超三分之一的編碼基因與碳水化合物、氨基酸等代謝功能相關；進一步的代謝通路分析表明，一些與鄰苯二甲酸酯降解相關的基因在該菌中顯著富集，而鄰苯二甲酸酯是白酒中常見的塑化劑。該研究加強了對微生物降解鄰苯二甲酸酯的認識，也為白酒食品安全管控提供新思路。由此可見，三代測序技術能獲得目標菌株的完整基因組信息，并對其基因功能進行深入解析。

1.3 二代與三代測序技術聯(lián)合

二代與三代測序技術逐漸被聯(lián)合用于釀造微生物研究，主要研究思路是先對較大批量的菌株進行二代測序，然后挑選代表性菌株進行三代測序，并整合二代和三代測序數(shù)據(jù)來分析基因組特征。田浩杰等[17]對新篩選的醬香型高溫大曲糖萊斯氏菌（Laceyella sacchari）FBKL4.014的基因組結構和功能進行深度解析，發(fā)現(xiàn)該菌株具備碳水化合物和氨基酸代謝潛力。LIU Y B等[32]對新分離純化的高產(chǎn)蛋白酶的貝萊斯芽孢桿菌（Bacillus velezensis）DW-7進行蛋白編碼基因預測、代謝通路富集分析，共注釋出3 662個蛋白編碼基因，其中有196個高產(chǎn)蛋白酶基因主要富集于丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等代謝通路。

綜上可知，在白酒釀造微生物研究中，基因組測序主要用于微生物群落結構和演變規(guī)律解析。二代測序雖然在數(shù)據(jù)分析方面存在難度，但因其通量高、成本低、精度高等優(yōu)勢被運用得最為廣泛。三代測序雖然讀段長，但目前測序錯誤率高，且測序錯誤隨機出現(xiàn)。因此，二代測序與三代測序的聯(lián)合，將在提高測序精度的同時，又能全面注釋和解析新基因的功能。

2 轉(zhuǎn)錄組學技術在白酒釀造微生物中的應用

轉(zhuǎn)錄組學技術可以對特定時期、特定環(huán)境生物體的基因轉(zhuǎn)錄情況以及調(diào)控規(guī)律進行研究。隨著分子生物技術的快速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了多種轉(zhuǎn)錄組學技術?；虮磉_譜芯片技術是最早應用于微生物領域的轉(zhuǎn)錄組學技術，其具有效率高、成本低、可以同時測序多個樣本等優(yōu)點；但也存在精度較低、對低表達的基因敏感度較低、只能測已知序列等缺點。近年來，具有高分辨率、高靈敏度、速度快、通量大等優(yōu)點的核糖核酸測序（ribonucleicacidsequencing，RNA-seq）技術成為主流。此外，一些新興測序技術，如單細胞轉(zhuǎn)錄組學技術、空間轉(zhuǎn)錄組學技術等，由于成本高、通量低、操作要求高等缺點還尚未在微生物領域中得到廣泛應用。目前，轉(zhuǎn)錄組學技術在解析釀造微生物群落中活性物種的精細組成及表征對應功能基因和通路的表達水平中得到較廣泛應用（表2）。

表2 轉(zhuǎn)錄組學技術在釀造微生物研究中的應用Table 2 Application of transcriptomics technology in brewing microorganism

2.1 基因表達譜芯片技術

基因表達譜芯片采用互補脫氧核糖核酸（complementary deoxyribonucleic acid，cDNA）或寡核苷酸片段作探針，用基于核酸探針雜交的原理檢測基因表達水平的變化，在釀造微生物領域運用極少。葉燕銳等[52]為研究釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）對數(shù)生長期后期的代謝重構現(xiàn)象，采用表達譜芯片研究了釀酒酵母的全基因組表達譜變化。研究發(fā)現(xiàn)，在釀酒酵母對數(shù)生長期后期，許多與氨基酸合成和代謝相關的基因表達上調(diào)，提示酵母的代謝轉(zhuǎn)向三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TCA）和乙醛酸循環(huán)，進而導致酒精的生產(chǎn)速率降低，該研究為深入解析酒精發(fā)酵機制提供理論基礎。

彭素琴等[41]以產(chǎn)醬香地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）CGMCC 3963為研究對象，從轉(zhuǎn)錄組學角度系統(tǒng)分析該菌在多重脅迫條件下的耐受機制。研究發(fā)現(xiàn)，在高溫條件下，該菌與耐高滲、耐酸、耐乙醇相關的基因表達異常；進一步分析表明，高溫刺激能更強地誘導與其他耐受相關的特異性基因的表達，進而導致CGMCC 3963的環(huán)境適應能力更強，該研究為后續(xù)篩選和富集釀造過程中高耐受能力菌株提供了思路。

2.2 RNA-seq技術

經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，RNA-seq技術在濃香型白酒的研究中運用較為廣泛，在其他白酒香型中應用較少。ZHOU W等[53]應用RNA-seq技術對濃香型白酒窖底和窖四周的窖泥微生物功能及影響濃香型白酒質(zhì)量的關鍵微生物和基因進行解析。結果表明，古菌、梭狀芽孢桿菌和一些嗜熱微生物對老窖泥功能有顯著影響，且碳水化合物和氨基酸在老窖泥中能代謝產(chǎn)生更多的有機酸，進一步研究發(fā)現(xiàn)有機酸代謝通路有8種關鍵酶表達活躍，進而表明有機酸代謝相關的關鍵基因?qū)庀阈桶拙粕a(chǎn)質(zhì)量有重要影響。王康麗[46]對濃香型白酒釀造過程中不同發(fā)酵節(jié)點酒醅樣品中的微生物進行研究，發(fā)現(xiàn)菌群主要富集在代謝相關通路，且主要為碳水化合物代謝通路；同時也注釋出在酒醅發(fā)酵過程中參與調(diào)控細胞代謝和生理過程的基因，該研究為揭示濃香型白酒發(fā)酵機理及發(fā)酵過程調(diào)控提供理論基礎。

綜上可知，轉(zhuǎn)錄組學技術可以表征微生物的基因表達水平和代謝通路激活情況。隨著現(xiàn)有轉(zhuǎn)錄組學技術的不斷成熟，新興轉(zhuǎn)錄組學技術如單細胞組學技術等的快速發(fā)展，將有助于了解微生物在不同情況下的轉(zhuǎn)錄表達及調(diào)控信息，轉(zhuǎn)錄組學技術也將更廣泛的被應用在釀造微生物研究。

3 蛋白組學技術在白酒釀造微生物中的應用

蛋白質(zhì)組學技術可以對特定時期、特定環(huán)境下生物體的蛋白質(zhì)組成特征、表達水平、變化規(guī)律及調(diào)控機制進行研究。目前主流的蛋白質(zhì)組學技術有雙向凝膠電泳（twodimensional electrophoresis，2-DE），蛋白質(zhì)非標記定量（label-free quantification，LFQ）、同位素標記相對和絕對定量（isobaric tags for relative and absolute quantitation，iTRAQ）、串聯(lián)質(zhì)譜標簽（tandem mass tags，TMT）和數(shù)據(jù)非依賴性采集（data-independent acquisition，DIA）技術等。目前，蛋白組學技術已被成功用于釀造微生物蛋白圖譜構建、差異蛋白研究及功能蛋白發(fā)掘（表3）。

表3 蛋白組學技術在釀造微生物研究中的應用Table 3 Application of proteomics technology in brewing microorganism

3.1 2-DE技術

2-DE技術建立于1975年，其原理根據(jù)蛋白質(zhì)等電點和相對分子質(zhì)量的不同，在兩個維度對復雜的蛋白質(zhì)樣品進行分離，是蛋白質(zhì)組學領域中應用最早且應用范圍最廣的核心技術之一，但該技術存在重復性差、靈敏度低、覆蓋率低等缺點。近年來，該技術與質(zhì)譜技術的結合可用于蛋白質(zhì)定性和鑒定差異蛋白。劉龍山[56]為了解醬香高溫大曲中多酶系的組成和功能，采用2-DE技術結合質(zhì)譜分析對普通高溫大曲和強化高溫大曲中的蛋白質(zhì)組成進行鑒定和比較。研究首先在強化高溫大曲和普通高溫大曲中分別鑒定出185種和165個蛋白，進一步的差異分析發(fā)現(xiàn)，強化高溫大曲相比普通高溫大曲共有24個蛋白表達顯著上調(diào)，4個蛋白表達顯著下調(diào)，這些蛋白主要與蛋白水解酶、糖代謝、次生代謝產(chǎn)物合成等相關。

3.2 LFQ技術

LFQ是一種不依賴于同位素標記的非標記蛋白組定量技術，只需分析大規(guī)模鑒定蛋白質(zhì)時所產(chǎn)生的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，從而對肽段對應的蛋白質(zhì)進行相對定量，該技術具有實驗靈活性強、成本低等優(yōu)點。目前，LFQ技術主要應用于酒曲糖化酶鑒定及圖譜構建方向。如，WANG B W等[63]利用LFQ技術對白酒發(fā)酵過程的糖化酶及其功能進行解析，結果共鑒定出51種與白酒發(fā)酵相關的碳水化合物水解酶，且80%的碳水化合物水解酶是由酒曲提供的；其中，來自曲霉屬（Aspergillus）和根霉屬（Rhizopus）產(chǎn)生的α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶是白酒發(fā)酵的關鍵糖化酶，該研究揭示了白酒發(fā)酵過程中多種糖化酶對乙醇產(chǎn)量的協(xié)同作用。

3.3 iTRAQ技術

iTRAQ是由美國AB Sciex公司研發(fā)的多肽體外標記定量技術，該技術通過采用不同數(shù)量同位素標簽特異性標記多肽氨基酸基團，即可實現(xiàn)不同樣本中蛋白質(zhì)的相對定量。該技術具有靈敏度高、準確性高、通量高、鑒定深度高等優(yōu)勢，是近年來定量蛋白質(zhì)組學常用的高通量篩選技術。目前，iTRAQ技術主要應用于釀造微生物的功能蛋白篩選及差異蛋白表征方向。如在米香型白酒中，HUANG G D等[57]應用iTRAQ技術探索了酒曲微生物的蛋白質(zhì)組學變化，研究共鑒定出4 062個蛋白，其中上調(diào)表達蛋白123個，下調(diào)表達蛋白88個；代謝通路分析發(fā)現(xiàn)，這些差異表達蛋白顯著富集于碳代謝、乙醛酸和二羧酸代謝、丙酮酸代謝、碳水化合物代謝通路等；進一步的差異蛋白調(diào)控趨勢和碳代謝通路分析提示，銨代償促進了葡萄糖消耗，導致本應進入高級醇合成途徑的碳流被逆轉(zhuǎn)到三羧酸循環(huán)（TCA），從而降低了高級醇的含量。因此，基于iTRAQ技術可高效鑒定出不同樣本間的差異蛋白，并對其影響的生物學通路進行研究。

3.4 DIA技術

DIA技術是將質(zhì)譜整個全掃描范圍分為若干個小窗口，然后高速、循環(huán)地對每個窗口中所有離子進行選擇、碎裂、檢測，從而獲得樣本中所有離子的全部碎片信息，對數(shù)據(jù)的進一步生物信息學分析即可對蛋白進行鑒定、定量及差異蛋白分析等。該技術具有高覆蓋率、超高準確率、高通量、高穩(wěn)定等優(yōu)勢。劉龍山[56]以醬香大曲為研究對象，采用DIA技術對大曲酶系在苯丙氨酸代謝中的功能進行解析。結果發(fā)現(xiàn)，在醬香大曲中共鑒定到1 965個蛋白，其中參與苯丙氨酸代謝的蛋白有31個，涉及11種酶，包括醛脫氫酶、酰胺酶、轉(zhuǎn)氨酶等；進一步的功能分析發(fā)現(xiàn)，在這些酶和一些微生物的作用下苯丙氨酸可代謝合成芳香族化合物苯乙酸、苯乙醛，這些化合物為醬香大曲提供花果香，該研究為醬香型白酒風味的形成提供理論基礎。

綜上可知，在眾多蛋白質(zhì)組學研究方法中，2-DE技術雖然經(jīng)典但因分離能力有限、操作程序復雜等原因已逐漸被淘汰；LFQ成本較低，但只可以檢測到低豐度和高豐度蛋白質(zhì)；iTRAQ適合樣本量且需要精度較高的研究，樣本量大且需要高覆蓋率則DIA更為合適。因此，iTRAQ和DIA等定量蛋白質(zhì)組學技術已被常用于解析釀造微生物功能蛋白和繪制糖化酶圖譜，為系統(tǒng)研究微生物的代謝調(diào)控提供技術支持。

4 代謝組學技術在白酒釀造微生物中的應用

代謝組學技術是對生物體在特定時期或特定狀態(tài)下的低分子質(zhì)量（＜1 500 Da）代謝產(chǎn)物、激素和信號分子的規(guī)律進行分析。根據(jù)研究目的的不同，代謝組學可進一步分為非靶向（無偏向性的檢測所有小分子代謝物）和靶向代謝組學（針對特定一類代謝物）。根據(jù)分析手段的不同，代謝組學技術可分為氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatographymass spectrometer，GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（liquid chromatograph-mass spectrometer，LC-MS）、全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜（comprehensive two dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，GC×GC-TOF/MS）等。這些技術已經(jīng)在釀造微生物代謝化合物組成與變化、代謝化合物與風味有著廣泛的應用（表4），在一定程度上推動了白酒釀造機理的探索進程。

表4 代謝組學技術在釀造微生物中的應用Table 4 Application of metabolomics technology in brewing microorganism

4.1 GC-MS技術

GC-MS技術采用氣相色譜分離樣品，根據(jù)色譜保留時間和離子質(zhì)荷比進行定性，基于色譜峰面積進行定量。該技術被廣泛應用于揮發(fā)性香氣成分的分析，其具有色譜的高分離度、高通量及質(zhì)譜的高靈敏度和特異性，但存在樣本前處理比較復雜、產(chǎn)生的數(shù)據(jù)難以充分利用的缺點。目前，GC-MS在微生物代謝組學的研究運用得較為廣泛。例如，楊輝等[65]為研究鳳香型基酒儲存過程中化合物的變化規(guī)律，采用GC-MS對6組不同年份鳳香型基酒的化合物進行檢測。結果發(fā)現(xiàn)，在新酒中檢測到的化合物共有51種，是所有年份基酒中化合物種類最少的，而經(jīng)過2年以上酒海貯存的基酒中化合物種類增多到了59種，說明貯存時間越長，化合物種類和含量越多。進一步的變量重要性分析篩選出包括有機酸、氨基酸、糖類等共20種差異化合物，這些物質(zhì)在貯存過程中含量發(fā)生顯著變化，該研究為深入解析白酒老熟機理提供一定的理論指導。

4.2 LC-MS技術

LC-MS技術主要原理是采用液相色譜分離樣品，根據(jù)色譜保留時間、母離子質(zhì)荷比和二級碎片離子圖譜進行定性，采用一級質(zhì)譜獲得的母離子峰面積進行定量。該技術被廣泛用于非揮發(fā)性香氣成分的分析，具有快速、高效、高靈敏度和高置信等優(yōu)勢；但存在基質(zhì)效應，導致目標物的離子化效率降低或增強，引起響應降低或增高。LUO S等[68]為研究醬香黑曲的形成機制，采用LC-MS對從發(fā)酵倉隨機采集39份大曲樣本的代謝物進行檢測和比較分析。結果發(fā)現(xiàn)，從所有樣品中共鑒定出1 062種相對豐度不同的代謝化合物；差異分析發(fā)現(xiàn)，相比于白曲和黃曲，黑曲中有251種代謝物含量上調(diào)；進一步的代謝通路功能分析表明，這些上調(diào)的代謝化合物顯著富集于酪氨酸代謝通路，而該通路與酶促褐變和黑色素生成相關。該研究為控制黑曲的形成和提高白酒品質(zhì)提供理論指導。

4.3 GC×GC-TOF/MS技術

GC×GC-TOF/MS可以檢測到更多一維方法無法分離的色譜峰，相比于常規(guī)氣質(zhì)聯(lián)用具有高容量、高分離度和高靈敏度等顯著優(yōu)勢，是解析復雜物質(zhì)與檢測未知物質(zhì)的重要技術手段。該技術存在的主要缺點是在全掃描模式下靈敏度低，對于檢測復雜基質(zhì)中痕量成分時存在誤差。在醬香型白酒中，YANG L等[66]為研究高溫黃曲、白曲和黑曲三種類型的代謝物組成不明確、發(fā)酵性能不清晰等問題，采用GC×GC-TOF/MS技術對高溫大曲中的化合物進行解析，研究共發(fā)現(xiàn)高溫大曲有647種化合物，其中有401種揮發(fā)性化合物和246種難揮發(fā)化合物；同時對大曲物質(zhì)形成的代謝通路進行分析，發(fā)現(xiàn)有21條通路與大曲代謝表型差異相關。進一步通過多元統(tǒng)計分析篩查出48個可用于區(qū)分不同類型大曲的生物標志物，主要為醇類、芳香族化合物及難揮發(fā)的酸類化合物，該研究對揭示大曲代謝機制提供了理論基礎，也促進了不同類型高溫大曲的有效應用及醬香型白酒的高質(zhì)量釀造。

綜上可知，代謝組學技術在解析釀造微生物代謝化合物領域運用廣泛。盡管目前代謝組學技術還在儀器分析范圍存在局限、數(shù)據(jù)分析繁瑣、數(shù)據(jù)庫不完整等挑戰(zhàn)，但隨著技術的不斷發(fā)展以及數(shù)據(jù)庫的不斷完善，代謝組學技術在未來的釀造微生物代謝研究中仍將占主導地位。

5 多組學技術在白酒釀造微生物中的應用

白酒特征風味的形成是由多個代謝通路協(xié)調(diào)作用的復雜調(diào)控過程，僅從群落組成、基因表達、蛋白質(zhì)或代謝物等的任一層次都無法全面揭示其中的機制。多組學分析是指將兩種或兩種以上由組學技術產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行有效整合，從而實現(xiàn)不同層次數(shù)據(jù)的互補，有助于增強對微生物與微生物、微生物與環(huán)境之間復雜相互作用解析。目前，多組學分析已被用于解析微生物群落多樣性與風味物質(zhì)形成機理、功能活性及代謝特征之間的關聯(lián)機制等方面（表5）。

表5 多組學技術在釀造微生物研究中的應用Table 5 Application of multi-omics technology in brewing microorganism

基因組學和代謝組學技術的聯(lián)合分析在釀造微生物研究中尤為常見。例如，MU Y等[82]探討了太空誘變和生物合成的兩種生物擾動對濃香大曲微生物群落、理化性質(zhì)和代謝特征的影響。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)生物擾動后乳酸菌和曲霉菌數(shù)量顯著減少，而酶的活性都升高；此外，在鑒定出的14種芳香活性揮發(fā)物和51種差異代謝物中，大多數(shù)在生物擾動后含量都升高，如吡嗪類、醇類、小肽類和碳水化合物；進一步相關性分析和代謝通路分析表明，大曲風味品質(zhì)的差異主要與細菌群落有關，其中與芽孢桿菌（Bacillus）等相關性最為顯著，該研究對闡明大曲風味形成機理和推動生物擾動技術在傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)中的應用提供了參考。

基因組學、轉(zhuǎn)錄組和代謝組學技術的聯(lián)合分析也逐漸開始流行。如TAN Y W等[85]為了評估白酒風味化合物和微生物生態(tài)的地理特征，從全中國9個代表性酒廠收集了403個發(fā)酵樣品，通過聯(lián)合基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、代謝組學和可培養(yǎng)驗證等技術手段進行分析。結果發(fā)現(xiàn)，中國白酒不同香型的風味特征差異主要體現(xiàn)在20～40個不同的特征風味化合物的組成上，而微生物菌群的區(qū)域差異微生物生態(tài)主要是48～156個核心微生物的共同作用，進而形成了不同香型白酒的產(chǎn)區(qū)特征優(yōu)勢；進一步功能分析發(fā)現(xiàn)，基于真菌-細菌相互作用與菌群組裝模式，可能與白酒發(fā)酵優(yōu)質(zhì)率、發(fā)酵時長特征相關，該研究為闡明中國白酒產(chǎn)區(qū)的地域微生態(tài)釀造優(yōu)勢提供了新證據(jù)。

綜上可知，在解析釀造微生態(tài)研究方面，多組學技術聯(lián)合比單一組學技術更具優(yōu)勢。例如，基因組數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，可以實現(xiàn)不同微生物群落差異表達基因和代謝通路表達分析，有助于鑒定群落的特征基因、核心代謝通路，系統(tǒng)解析釀造微生物的功能機制。因此，多組學聯(lián)合分析有助于全面了解白酒釀造過程的復雜性和整體性，加深對釀造微生物的多層次認識，未來多組學整合將是白酒釀造微生物研究中的大趨勢。

6 結論與展望

白酒風味形成主要由釀造體系內(nèi)菌系、酶系和物系的共同作用。越來越多的研究表明，使用單一的組學技術并不能系統(tǒng)解析白酒發(fā)酵過程。多組學技術可以從基因水平到轉(zhuǎn)錄水平到蛋白水平到代謝水平對白酒釀造微生物的多樣性和風味成分進行系統(tǒng)研究。但目前多組學技術聯(lián)合應用價格較貴，且產(chǎn)生的數(shù)據(jù)維度高、異質(zhì)性高、價值密度稀疏等特點，導致算法模型的精確度和靈敏度受到影響。此外，現(xiàn)有的實驗方法尚不能對數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的結果進行完整驗證，導致從研究數(shù)據(jù)指導實際生產(chǎn)還存在困難。當然，隨著近年來人工智能和機器學習的不斷發(fā)展，將有助于挖掘多組學數(shù)據(jù)中隱含的知識和規(guī)律。因此，研究人員要與時俱進，積極將大數(shù)據(jù)和人工智能領域的新興技術引用到釀造微生物領域來，加強與多組學數(shù)據(jù)的聯(lián)動，全面解析釀造微生物機理，實現(xiàn)白酒生產(chǎn)科學化和標準化，助推中國白酒高質(zhì)量生產(chǎn)。