西华大学“食品微生物资源开发与利用”团队关统伟教授发表高水平论文

近日，西华大学食品与生物工程学院、食品微生物四川省重点实验室“食品微生物资源开发与利用”技术团队在Food Research International（一区，IF: 8.1）上发表题为“Application of Clostridium butyricum, Rummeliibacillus suwonensis, and Issatchenkia orientalis for Nongxiangxing baijiu fermentation: Improves the microbial communities and flavor of upper fermented grain”的研究论文。西华大学关统伟教授为第一作者和论文通讯作者，2020硕士研究生侯锐和2021级研究生吴小天为本成果做了大量科研工作，同时该成果还得到了成都蜀之源酒业有限公司，四川凸酒酒业有限公司和四川金喜来酒业有限公司的大力支持和协助。

中国白酒是世界上六大蒸馏酒之一，其复杂而神奇的固态酿造技艺也是中国留给世界的宝贵财富。2022年中国白酒销收入6600多亿元，其中以五粮液为代表的浓香型白酒在中国市场占有率超过50%以上，对食品工业的发展具有重要的社会与经济意义。研究发现，浓香型白酒富含1500多种风味化学物质，主要包括醇、酯、醛、酮、酸、缩醛、呋喃、萜烯、氮化合物和含硫化合物等，其中酯类占风味物质总质量的60%以上。在浓香型白酒风味贡献度最高的四大酯中，己酸乙酯的含量远高于丁酸乙酯、乳酸乙酯和乙酸乙酯，所以己酸乙酯被认定为浓香型白酒国家标准中最典型也是最重要的风味化合物，决定着白酒的质量与感官个性特征。

通常，在浓香型白酒生产过程中发酵糟醅会产生黄水。黄水在重力的作用下将风味化合物、营养物质与微生物带到窖池下层，导致底部的糟醅更多的受益于菌群的发酵代谢与丰富的风味滋养，而在上层发酵糟醅则由于挥发性酸和合成己酸乙酯的微生物数量不足，导致风味化合物，尤其是己酸乙酯的含量较少。因此，酒糟在窖池中的空间位置决定了其原酒的质量等级，底层酒糟中的原酒质量往往高于上层糟醅的原酒。为了解决浓香型白酒上层糟醅质量偏低的技术难题，课题组从酿酒材料中挖掘了3株功能菌，即Clostridium butyricum, Rummeliibacillus suwonensis和 Issatchenkia orientalis，将其混合发酵制成强化微生物菌剂投入至上层糟醅中进行强化发酵，并对其理化、微生物组、风味化学等采用CCA、Pearson相关性网络等技术分析其复杂的相互作用关系，研究结果显示白酒酯类和醇类化合物含量整体得到提升；温度、氧气和酸度影响了微生物的群落组成；Caldicoprobacter、Caproiciproducens、Delftia、Hydrogenispora、Thermoactinomyces、Issatchenkia Bacillus和Aspergillus对白酒关键风味化合物的生成呈现正相关关系。实验组己酸乙酯在原酒中的含量比对照组明显提高，上层和下层分别从1829mg/L增加到2084mg/L，3902mg/L增加到4678mg/L。乙酸乙酯在强化发酵后的糟醅与对照组相比含量则整体减少，同时丁酸乙酯的含量却显著提高。这些结果表明生物强化是提升白酒质量和馥郁度的一种重要技术手段，在提升己酸乙酯的同时，还协同控制了乙酸乙酯的含量，有效解决了目前很多酒厂出现的乙酸乙酯偏高的问题，这为我们后续研究白酒的风味改善提供了一种新的途径和思路。

Fig. 1. The pH and acidity (A), starch and alcohol (B), and reducing sugar and total ester (C) variation in the FG before and after inoculation.

Fig. 2. The α-diversity of the bacteria (A) and fungi (B) in the FG.

Fig. 3. The distribution of the bacteria (A) and fungi (B) at the phylum level in the FG and the changes in the primary bacteria (C) and fungi (D) in the samples at the genus level (P<0.05).

Fig. 4. A comparison between the flavor compounds in the FG and distilled baijiu before and after inoculation. The heatmap of the flavor compounds in the FG (A) and distilled baijiu (B). Changes in the ethyl hexadecanoate (C), ethyl acetate (D), and ethyl butyrate (E) in the samples. Yellow areas in the heatmaps indicated that the substance was not detected in the samples.

Fig. 5. The CCA analysis of the correlation between the microbial communities (bacteria A, fungi B) and physicochemical environment at the genus level(P<0.05).

Fig. 6. The correlation between the microbial communities and flavor compounds via network correlation analysis of the FG (A) and baijiu (B).

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作者简介：

    关统伟教授，博士生导师，食品微生物四川省重点实验室副主任。四川省有突出贡献的优秀专家，2018年入选成都市“郫都菁英百人计划”和青海省西宁市“555引才聚才”计划。现任四川省微生物学会工业微生物专委会主任，四川省酿酒协会白酒技术专家委员会委员、四川省食品饮料产业协会清香型白酒分会专家组专家、四川省食品科学技术学会酿酒工程专委会委员、四川省葡萄酒与果酒行业协会专家服务团专家、宜宾市白酒历史文化专家委员会专家。国家一级品酒师。发表论文103篇，主持国家自然科学基金、省部级、市厅级等项目30多项，授权国家发明专利31项，主编著作4部，如《微生物学》（2021，中国轻工业出版社）等，荣获省部级科技进步二等奖一项，成都市科技进步三等奖1项，四川省食品工业科技进步三等奖1项。

主要从事微生物资源开发与酿酒技术科学研究以及《微生物学》《酒类风味化学与品评技术》等教学工作。