【摘 要】
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原料对食品发酵过程中微生物菌群的生长代谢和产品的品质有着重要影响。然而,原料中驱动微生物菌群演替和风味代谢的关键因素及其作用规律还不清晰。因此,解析原料中关键因素及其对白酒发酵过程中微生物菌群演替及其风味代谢的影响,对构建科学的酿造原料质量评价体系具有重要意义。本研究选用来自美国和中国的6个不同品种的高粱,明确了其基本理化成分的差异;解析了高粱原料发酵过程中驱动微生物菌群演替及其风味代谢的关键因素
【基金项目】
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国家重点研发计划（2018YFD0400402）; 国家自然科学基金（31530055）
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原料对食品发酵过程中微生物菌群的生长代谢和产品的品质有着重要影响。然而,原料中驱动微生物菌群演替和风味代谢的关键因素及其作用规律还不清晰。因此,解析原料中关键因素及其对白酒发酵过程中微生物菌群演替及其风味代谢的影响,对构建科学的酿造原料质量评价体系具有重要意义。本研究选用来自美国和中国的6个不同品种的高粱,明确了其基本理化成分的差异;解析了高粱原料发酵过程中驱动微生物菌群演替及其风味代谢的关键因素;揭示关键因素对发酵过程中微生物菌群及其风味代谢的调控机制。本文的主要研究结果如下:（1）为解析不同品种高粱的酿造特征,本研究对6种高粱（美国高粱A1-A4;中国高粱C5-C6）基本理化成分（淀粉、游离糖谱、谷物蛋白、粗脂肪和单宁）进行分析。发现A3和C5高粱的淀粉崩解值显著高于其它4种高粱（P＜0.05）,表明其易于糊化;6种高粱中共检测到6种糖类物质,分别为葡萄糖、麦芽糖、果糖、阿拉伯糖、木糖和半乳糖,其中,美国4种高粱的游离糖谱含量(0.75～1.26 mg·g-1)高于中国2种高粱(0.65～0.68 mg·g-1),并且6种高粱间葡萄糖(0.20～0.40 mg·g-1)和麦芽糖含量(0.014～0.033 mg·g-1)的差异较大;6种高粱的谷物蛋白（清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白）中,清蛋白(1.20～2.73 mg·g-1)和球蛋白含量(1.47～2.34 mg·g-1)的差异较大;C5的单宁及粗脂肪含量最高,分别为23.50 mg·g-1,6.56 mg·g-1,显著高于其他5种高粱（P＜0.05）。表明6种高粱在酿酒特性相关的理化成分显著不同,这可能对酿造微生物菌群生长代谢产生显著影响。（2）为了揭示6种高粱原料中驱动白酒酿造微生物菌群演替及其风味代谢的关键因素,通过高通量测序技术并结合多元统计分析,解析6种高粱发酵过程中微生物菌群结构及其代谢产物组成及多样性变化。6种高粱发酵过程中共发现482个细菌属,81个真菌属,鉴定出52种代谢产物;不同高粱发酵过程中微生物菌群结构及多样性存在显著差异（ANOSIM:细菌P=0.001,R=0.77;真菌P=0.001,R=0.33）,代谢产物组成及多样性也存在显著差异（ANOSIM:P=0.001,R=0.50）,这表明高粱原料可驱动微生物菌群演替及其代谢。通过Variance Partitioning Analysis计算了高粱中各基本成分对微生物菌群演替及其风味代谢的解释率,发现原料中的碳源（淀粉及游离糖谱）和氮源对发酵过程中微生物菌群演替及其风味代谢的解释率最高,碳源的解释率分别为19%和15%,氮源的解释率分别为15%和6%。进一步鉴定了6种高粱发酵过程中糖谱（麦芽糖,葡萄糖,果糖,阿拉伯糖,木糖和半乳糖）的变化,并结合多元统计分析发现驱动微生物菌群演替及其风味代谢的关键碳源是葡萄糖、果糖和阿拉伯糖;关键氮源是清蛋白和球蛋白。（3）通过响应面法分别建立了葡萄糖、果糖和阿拉伯糖（P＜0.05）及清蛋白和球蛋白（P＜0.05）对微生物菌群代谢的调控模型,表明关键碳源和关键氮源可对微生物菌群代谢进行调控。进一步通过葡萄糖、果糖、阿拉伯糖、清蛋白和球蛋白含量并基于微生物菌群代谢产物模型建立酿造原料筛选标准。结果表明当葡萄糖含量为30.00g·L-1,果糖含量为2.78 g·L-1,阿拉伯糖含量为0.90 g·L-1,清蛋白含量为1.85 g·L-1,球蛋白含量为1.88 g·L-1时,代谢产物多样性为0.50,显著高于未优化前代谢产物多样性（0.29）,说明基于原料中关键碳源和氮源含量可对微生物菌群风味代谢进行调控,为高粱的定向筛选及白酒品质的调控提供理论指导。
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