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酱香型白酒研究与生产中的前沿科技(上)
2015-02-04 19:02:31   来源: 《华夏酒报》   作者:邹江鹏 邱树毅   评论:0

摘 要: 科学发展和技术创新对酱香型白酒u诚博娱乐的持续、健康发展具有重要的支撑、引领作用。本文阐述了微生物学技术、分子生物学技术等现代前沿科技在酱香型白酒理论研究与实际生产中的应用。
    同时,也对酱香型白酒的未来科学研究和技术发展热点进行了初步探讨。
关键词: 酱香型白酒; 前沿科技; 应用; 研究热点
   
邹江鹏 邱树毅
(贵州国台酒业有限公司,贵州大学酿酒与食品工程学院)

1 现代科技在酱香型白酒研究与生产中的应用
1.1 微生物学技术
     微生物学技术是促进酱香型白酒发展及质量提高的重要技术措施之一。目前,它在酱香型白酒中的应用主要涉及以下几方面。
1.1.1 应用于酿造微生物的分离与鉴定
     对酿造过程中微生物进行分离、纯化、鉴定,有助于揭示酱香型白酒发酵机理。
     从20 世纪50 年代起,我国科研人员就开始了这方面的工作。1959~1965年期间,相关专家组就从茅台大曲和酒醅中分离并保存了70 种微生物菌株。
     1982年,研究人员又在茅台大曲中分离微生物菌株95 种。其中,细菌47 株(多属于芽孢杆菌属)、霉菌29 株和酵母菌19 株。随后,茅台技术中心对茅台地域环境、制曲发酵、堆积发酵过程中的微生物进行了研究。到2006 年,茅台技术中心已分离并保藏微生物329种。其中,从酒醅中分离微生物85 种(细菌41 种、酵母28 种、霉菌16 种);制曲发酵过程中分离得到微生物97种(细菌40种、酵母18 种、霉菌35 种、放线菌4种);从地域环境中分离得到微生物147 种(细菌53 种、酵母11种、霉菌49 种、放线菌34 种)。
     2007 年,杨代永等对不同季节、不同地点制曲发酵过程中的微生物进行了选择性分离培养。通过形态鉴定和生理生化特性测定,得到高温大曲发酵过程中的主要微生物,共分离出98 种微生物(霉菌51种、细菌41种、酵母6种)。
     2008 年,武晋海等对太空搭载茅台酒大曲中耐高温霉菌进行分离纯化,得到了3株在50℃以上可旺盛生长的霉菌,分别归属为Gilmaniella、Gilmaniella 和Absidia。
     2011 年,杨涛等从高温大曲中分离得5 株嗜热芽孢杆菌,经鉴定分别归属于地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌及巨大芽孢杆菌。又从高温堆积酒醅中分离获得3 株酵母菌,分别归属于白色球拟酵母、异常汉逊酵母、产朊假丝酵母。
     2012 年,刘雯雯等在黑龙江北大仓酱香型白酒酒醅样本内分离到328株霉菌,鉴定为13属23种;包括子囊菌3种、接合菌1种和有丝分裂孢子真菌(Mitosporic fungi)19种。
1.1.2 应用于酿造微生物类群和数量结构研究
     了解白酒生产过程中微生物类群和数量结构及变化,有利于了解发酵机理和物质代谢过程,对指导白酒的发酵生产和提升白酒品质有重要的意义。
     1981年,崔福来等考察了酱香型武陵酒酒醅及大曲在发酵过程中微生物种类及其消长情况。发现武陵酒醅在堆积和入池白酒发酵过程中,酵母和细菌占绝对优势。大曲培养过程中,细菌占绝对优势,其次是放线菌,霉菌最少。酵母菌在大曲培养初期继续生长繁殖,但后来随曲温上升而逐渐消失。
     1992年,李佑红等对浓香型与酱香型酒曲的细菌区系构成进行了比较研究。发现以细菌总数而言,一般浓香型酒曲的细菌总数多于酱香型酒曲; 而以芽孢细菌数而言,一般酱香型酒曲又多于浓香型酒曲。酱香型酒曲的菌群构成以高温嗜热菌为主, 浓香型酒曲菌群则以常温菌为主。
     1999年,周恒刚研究了酱香型白酒生产的堆积过程中微生物消长情况。发现堆积终了时,菌数大量增加,种类也有明显增加。从不同轮次的堆积上看,生沙时菌数少,糙沙时酵母菌数猛增。堆积中酵母菌数随轮次不断下降。
     2007年,唐玉明等研究了酱香型酒糟醅堆积过程中微生物区系的变化动态。发现堆积过程中糟醅的酵母菌类和非芽孢细菌类数量有较大幅度增长,芽孢细菌类仅略有增长,而霉菌类数量极少且呈下降趋势,未发现放线菌类生长。堆积终了时,酵母和细菌数量约占总数的95 %以上,表层酵母菌占总数的70 %以上,细菌占总数的10 %~25 %。同年,杨代永等发现在茅台高温大曲制曲发酵过程中微生物呈现出不同的消长规律。前期以细菌为主,中后期霉菌大幅度增多,在前期和后期酵母偶有发现。发酵过程中的微生物总数以细菌最多,高达2.1×107 cfu/g 曲;霉菌次之,为6.4×106 cfu/g 曲;酵母最少,仅有6.6×104 cfu/g 曲。
     2008年,Wang Chang-lu等考察了酱香型大曲中的微生物群落的组成。结果表明,大曲中存在细菌、霉菌和酵母菌。细菌类包含芽孢杆菌、醋酸菌、乳酸菌、梭菌,其中芽孢杆菌为优势菌。霉菌包含曲霉、毛霉、根霉、木霉。酵母菌类包含酵母菌属、汉逊酵母属、假丝酵母属、毕赤酵母属和有孢圆酵母属。同时还检测了茅台大曲不同层次之间及发酵过程中微生物菌群的动态变化。从大曲层次来看,好氧性细菌多分布在大曲表面和边缘,嗜温性细菌多存在于曲心。大曲发酵前5 天,细菌、酵母、霉菌的数量均显著增加,从第10 天开始下降。酵母菌数在第10 天达到最大值,为58.3 cfu/g,随后被霉菌取代,霉菌成为发酵中后期的优势菌群。陈林等考察了武陵酱香型白酒酒曲及发酵酒醅、窖泥中微生物群落结构。结果表明,微生物总量大小依次为:酒曲>堆积酒醅>发酵酒醅。发酵酒醅各阶层微生物总量依次为:酵底泥>上层酒醅>中层酒醅>下层酒醅(CFU);上层酒醅中酵母>真菌>细菌;中层酒醅中细菌>真菌>酵母;下层酒醅中酵母含量最低, 细菌和真菌数量基本一致。
     2013年,杜新勇等考察了北方酱香型白酒生产过程微生物及温度变化规律。堆积过程中酒醅中微生物数量增长较快,酵母富集能力要比细菌强,同一位置酵母数量一般多于细菌。入窖后,细菌的数量反而比酵母略多,在入窖发酵过程中细菌和酵母的数量都是在减少的, 前10d微生物数量减少的幅度较大,10d 以后减少幅度变小。
1.1.3 应用于功能菌研究
     酿造过程中功能菌的研究, 有助于揭示酱香型白酒酱香风味的形成机制,也可为改良生产工艺、提高酒体品质提供依据和思路。
     20 世纪80年代,研究人员就从茅台微生物中分离出了产酱香较好的6 株细菌和7 株酵母菌,并试制推广了麸曲酱香白酒。
     1997年,李贤柏等从郎酒高温大曲分离的28 株微生物中筛选出了产酱香较好的4 株芽孢杆菌, 经鉴定均属枯草芽孢杆菌群。
     2001~2003文章来源华夏酒报年,茅台技术中心从酒醅中分离得到微生物85 种,其中至少有3 种芽孢细菌、2 种酵母是产香和产酒的主要功能菌株, 它们对茅台酒制酒发酵过程中乙醇、1,2-丙二醇、丙三醇等76 种香气香味成分的形成有重要作用。2002 年,赵希玉等将从茅台酒酿造微生物中分离出的6 株产酱香细菌制作强化大曲,提高了高温大曲质量, 经发酵所产生的酒也好于不添加功能菌大曲酿出的酒。此法弥补了一些北方微生物群系不足的缺陷,为北方酱香酒生产提供了可试验的依据。
     2003年,庄名杨等从酱香型白酒高温堆积糟醅中分离得数十株耐温、耐酸酵母菌株,其中Y1、Y5-1、Y5-2、Y6-1为主要功能菌,可影响酱香酒的产质量。同年,庄名杨等又从酱香高温大曲中分离出3 类细菌(B1、B3、CH),其中只有B3 类菌株产生酱香, 因此确认B3 类菌株为主要功能菌,归属于地衣芽孢杆菌。
     2007 年,马荣山等从麸曲酱香型白酒酒醅中分离出5 株酶活力高、发酵力强的酵母菌。将这5 株菌作为酱香酒曲的发酵菌种,在最佳工艺条件下酿造的酒清亮透明、酱香突出。
     2007年,任道群等从酱香型酒糟醅中分离出63 株酵母并选育出了5 株发酵力较强的菌株, 其中2 株为耐酒精酵母5S26 和5S32,1 株为耐温酵母5S4。5S32 酵母在主要酿酒原料糖化液中均有较强的发酵力, 是1 株对酿酒原料适应性强的优良酵母。
     2009年,张荣等从郎酒高温大曲中筛选到3 株菌落形态各异的产酱香香气的细菌。3 株菌株经鉴定为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。
     2010年,罗建超等从高温大曲制作过程的不同环节筛选出25 株产酱香功能芽孢杆菌。所有产香菌均能产生大量酶类,如淀粉酶、蛋白酶,能将甘油转化为二羟丙酮,分解多种糖产酸,由此推测了芽孢杆菌产香的可能机制。林芬等从酱香型酒的酒曲、酒糟、窖泥中分离出24 株产酱香优良的细菌及16 株产酱香较好的细菌,它们都有较高的产蛋白酶能力。由此推断蛋白酶是产酱香的必要条件之一。此外, 从获得的产酱香细菌筛选得到1 株高产纤溶酶菌株GZJS-2,初步鉴定为枯草芽孢杆菌。
     2011年,杨涛等从酱香型白酒大曲、酒醅和窖泥中分别分离得到5 株嗜热芽孢杆菌、3 株酵母菌、1 组复合产酸菌并将它们应用于酱香白酒生产。发现应用5 株嗜热芽孢杆菌在制曲时添加所制得的强化高温大曲,蛋白酶活力明显提高,曲香馥郁;应用嗜热芽孢杆菌、酵母菌与曲药、糟醅混合堆积,糟醅复合酱香明显;应用复合产酸菌培养窖底泥,窖底香基酒比例升高, 酒体中各种酸及相应的乙酯含量均显著提高。
     2011年,杨国华等从茅台酱香高温大曲中分离了1 株产酱香风味好且蛋白酶活力高的细菌HMZ-D, 该菌株在最优发酵产酶条件下的蛋白酶酶活为2901.3 U/g 醅。
     2012年,袁先铃等从酱香型大曲中分离得到3 株产蛋白酶产生菌,其中1 株蛋白酶活力达1162.4 U/g,经鉴定为枯草芽孢杆菌。
     2012年,张应莲等从酱香型酒大曲中分离得到1 株白地霉MTBD, 优化了其产蛋白酶的固态发酵条件。在最佳条件下产酶活力可达到4827.05 U/g 醅。2012 年,徐超英等从酱香型白酒堆积发酵糟醅中筛选出1 株耐高温酵母菌。该菌耐乙醇能力为6 %vol,发酵力为6.628 g/50 mL,生长耐受最高温度为45 ℃。2013 年,周靖等从酱香型白酒生产用大曲中分离筛选出1 株糖化力和酯化力都较高的红曲霉菌株MZ-1,该菌对产酒和产香都有一定的作用。
1.2 分子生物学技术
     常规微生物学研究方法不能全面地了解白酒酿造系统中微生物的种类及数量,而分子生物学技术避开了传统微生物培养分析的环节, 通过分析微生物的核酸片段, 从基因水平就能对样品中微生物进行定性和定量。目前,分子生物学技术已经逐步应用于酿酒微生物的研究。
     2010年,高亦豹等利用PCR-DGGE 技术对5 种中国白酒高温和中温大曲的细菌群落结构进行了分析。发现酱曲多样性指数最低, 与其他工艺大曲在细菌群落结构上存在明显差异。其中,Thermoactinomyces sanguinis仅存在于高温曲酱曲中。此外,还检测到了传统方法未能分离鉴定的木糖葡萄球菌Staphylococcus xylosus、产酸克雷伯菌Klebsiella oxytoca。
     2012年,边名鸿等采用ARDRA 免培养手段研究酱香型郎酒窖池底部窖泥中的古菌群落结构。克隆文库分析结果表明,窖泥中古菌主要分布于广古菌门中的甲烷袋状菌属(Methanoculleus)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷鬃毛菌(Methanosaeta) 和甲烷杆菌属(Methanobacterium), 分别占44%、41%、3%、9%。
     陈林等采用PCR-DGGE 方法研究了酱香型白酒酒醅在不同发酵阶段的微生物群落结构变化。发现随着发酵时间的延长,酒醅细菌多样性逐渐减少。实验所分析的14 种酒醅细菌群落中除了不可培养细菌外,其他主要属于厚壁菌门(Firmicutes),包括乳杆菌目(Lactobacillales)的乳杆菌科(Lactobacillaceae)、芽孢杆菌目(Bacillales)的芽孢杆菌科(Bacillaceae)等类群,其中乳杆菌目占绝对优势。
     颜春林通过PCR-DGGE 技术分析福矛高温大曲储存过程中的细菌群落结构动态变化。结果表明,大曲中原核微生物多样性丰富,以芽孢杆菌类最多且具有种类和遗传多样性; 高温大曲储存过程中微生物多样性减少;同一储存时期,大曲不同部位的细菌群落也有差异。
     刘效毅等采用传统分离培养方法和现代分子生物学方法, 对酱香型白酒高温大曲中微生物的多样性进行了研究。共分离出147 株微生物,细菌占97株(87 株为芽孢杆菌),霉菌占50株。细菌共鉴定出12 个种类,包括解淀粉芽孢杆菌、坚强芽孢杆菌、腐生葡萄球菌、表藤黄微球菌等。霉菌中共鉴定出12个种类,包括交链孢霉、茎点霉菌、红曲霉等。
     谭映月等利用PCRDGGE技术研究酱香型白酒制曲过程中的细菌菌群结构及其消长规律。结果表明,母曲、翻仓曲和出仓曲的菌群结构存在明显差异。随着曲药的发酵,细菌多样性下降,优势菌群变化明显,其中芽孢杆菌属(Bacillus)和乳酸杆菌属(Lactobacillus)在不同酒曲样品中同时存在,也成为制曲后期的绝对优势菌, 对形成浓郁的酱香风味有重要作用。另外,研究还发现了未曾在白酒曲药中有所报道的丙酸杆菌属(Propionibacterium)、棒状杆菌属(Corynebacterium)和鞘氨醇单胞菌属中的Sphingomonas yabuuchiae等细菌。
     孙剑秋等基于26S rDNA D1/D2 序列分析了不同发酵阶段的酱香型白酒北大仓酒醅中酵母菌的群落结构。酒醅内的酵母菌鉴定为8属13 种,总体多样性指数较高, 发酵初期多样性指数逐渐增加,第5 天达最高(1.89),随后逐渐下降,第11 天时降至最低(0.66)。不同发酵阶段的酒醅中酵母菌的种类组成总体来说比较接近,说明在白酒酿造过程中酵母菌的组成和分布处于一个相对稳定的状态。


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