
自20世紀60年代起我國就對釀酒微生物進行了研究和應用工作,特別是20世紀80年代成績尤為突出,大力促進了釀酒業的發展。中國微生物學會等于1981年和1988年分別在江蘇雙溝和山東泰安召開了全國酒曲微生物學術討論會,對推動我國釀酒微生物研究和發展起了重要作用。
對大曲微生物分離、選育和應用,全國各名優酒廠如茅臺、瀘州老窖、汾酒、西鳳、洋河、雙溝、沱牌、白云邊、景芝、四特等及大專院校、科研單位都做了大量工作。
1957-1960年對茅臺酒曲、酒醅進行微生物分離鑒定,確認茅臺酒曲中芽孢桿菌最多,鑒定的17株枯草芽孢桿菌中有5株產生黑色素,用此菌制曲也生成茅臺酒曲的香味。
茅臺試點還對堆積糟醅中的微生物進行了檢驗,證實高溫堆積是相當于二次制曲,堆積糟中的微生物主要是來自麥曲、晾堂、空氣等,其微生物絕大多數是酵母。
20世紀80年代初貴州省輕工業科學研究所從茅臺曲中分離出菌株95株,其中細菌47株、霉菌29株、酵母19株,認為嗜熱芽孢桿菌是茅臺酒生產有益菌類,它與其他菌起著重要而復雜的作用。利用茅臺酒釀造過程中分離出的芽孢桿菌,再混入河內白曲、擬內孢霉、紅曲霉、根霉、異常漢遜酵母、球擬酵母、假絲酵母等制曲,生產麩曲醬香型白酒,如迎春酒、黔春酒等被評為國家優質酒,這是微生物研究的重要成果。
20世紀60年代汾酒試點對汾酒大曲的微生物進行了檢測,發現汾酒曲中曲塊表面根霉居多,梨頭霉在大曲中含量最多,少許黃曲霉、黑曲霉和毛霉;紅曲霉在清茬曲中較多;曲中乳酸菌較多,醋酸菌較少。將選育出的有效微生物l1種制成麩曲,生產出六曲香酒,被評為國家優質酒。
1964年中科院西南生物研究所與四川省食品研究所和瀘州曲酒廠合作,從瀘曲中分離出酵母和霉菌253株,選取其中32株菌分別制成麩曲和液體曲(酵母),投入生產,減少大曲用量,試驗窖的酒保持了瀘州大曲酒特有的風味。
1983年中科院成都生物研究所在四川漢源酒廠,采用“強化菌優質曲”、“人工厭氧菌強化窖”兩項微生物技術,收到明顯效果。1985年,四川省食品發酵工業研究設計院與仙潭酒廠合作再次對濃香型大曲制曲過程中的微生物進行研究,發現微生物的主要來源及曲坯培養過程中的變化規律。1986年該院與沱牌曲酒廠等合作,對濃香型曲酒釀造過裎中產酯酵母的生態分布進行了系統研究,并選育出產酯量達700mg/lOOmL以上的產酯酵母,并在清香、濃香型酒生產中推廣應用,效果顯著。
釀造發酵過程中微生物的研究
茅臺試點曾對茅臺酒窖內發酵糟的微生物進行了研究,發現窖內發酵糟微生物的變化相當復雜,開始酵母很多,以后慢慢減少,但發酵糟在堆積期間若感染大量細菌,則下窖后細菌顯著增加。1965年瀘州試點項目中,對瀘州大曲酒發酵過程中的微生物進行連續三排檢測,了解糧糟在發酵過程微生物類群的變化規律,入窖后第三天酵母達到最高峰,以后逐漸下降,霉菌封窖后數量急劇下降,到發酵中期數量回升,出窖前數量又減少,而細菌則在整個發酵過程中變化幅度較小。汾酒、洋河、雙溝、寶豐等對釀酒發酵過程中微生物的變化也都做過實地查定。微生物的變化與香型、地區、季節、工藝、發酵溫度等關系很大。
釀酒功能菌的選育應用
1.根霉的選育及應用
從事工業微生物研究的前輩方心芳與樂華愛于1959年提出:“小曲的根霉是八百年來培養的良種,可分四川型與上海型,糖化力都很強,即3.852、3.868從四川小曲樣中獲得,3.866、3.867從上海小曲樣中獲得。”這兩類根霉都有很強的糖化力,都具有糖化和酒精發酵的功能。上海型根霉在發酵過程中產酸能力強,適于釀造薯類原料;川黔型根霉產酸很少,適于高梁原料發酵。這些優良菌種數十年來都在全國推廣應用。
近年,江蘇洋河酒廠與江南大學生物工程學院合作,從洋河大曲中分離到一株華根霉(R92),可發酵產酯化酶,經選育后,己酸乙酯合成酶的活力高,同時具有高酸、高酒精度下高產己酸乙酯的能力,對穩定和提高新型白酒口感十分有效。應用R92華根霉6%,己酸8%,黃水35%,曲粉6%,食用酒精20%以下,酒尾10%,人工窖泥10%,酒糟5?%,發酵酯化60d,經特殊工藝脫水濃縮而成的特殊調味酒,微量成分十分豐富,是很好的調味酒。
2.利用微生物自動鑒定系統分析釀酒功能菌
近年來一些名酒企業和科研機構,購置了微生物自動分析系統,對釀酒功能菌進行鑒定,該系統到現在已經能鑒定包括細菌、酵母、絲狀真菌在內的近2000種微生物。內蒙古農業大學生物工程學院、中國食品發酵工業研究院、新疆大學生命科學與技術學院從牛欄山酒廠紅曲中分離到一株細菌,采用Biolog微生物自動分析系統鑒定為地衣芽孢桿菌。
地衣芽孢桿菌在白酒發酵過程中具有較高的分解蛋白質能力,產生濃郁醬香物質5-羥基麥芽酚,是白酒發酵中一種較重要的菌種。微生物自動分析系統在釀酒工業中應用,將為研究中國白酒發酵機理、風味物質的形成,增加了新的手段。
3.太空酒曲功能菌的研究
利用返回式空間飛行器,將微生物送入太空,在地面難以模擬的空間環境下,促使菌種的基因發生變異,取得地面上無法獲得的誘變效果,并且在返回地面后進行培育、篩得到生產性能優良的微生物菌種,應用于生產。陜西喜登科技股份有限公司白水杜康生產基地的釀酒搭載神舟4號飛船(簡稱太空酒曲),于2003年1月5日返地,中科院成都生物所對其中功能菌進行了分離、選育及生物學特征方面的研究,并與原生產中使用的曲藥進行對比。發現曲藥經太空誘變育種后,其功能菌的活性發生了很大改變,根霉和黑曲霉的糖化酶、液化酶活性均比未上太空對照菌株高出2~3倍,黑曲霉的蛋白酶活性也提高了l~2倍。但該研究未見在白酒生產中實際應用的效果報道。
4.酯化酶的進一步研究
20世紀90年代,許多單位對紅曲酯化酶進行了大量的研究,并應用于生產。此后,釀酒工作者對其他具有酯化能力的菌種從多方面進行了探討,江南大學研究了華根霉對己酸的酯化,四川理工學院研究了黃曲霉對已酸的酯化。他們從瀘州老窖“久香”牌大曲中分離得到1株產己酸乙酯酯化霉的黃曲霉。在液體發酵培養基中,36℃、150r/min恒溫振蕩培養72h,發酵液酶活力可達6.75u/mL。對該菌株產酯化酶的培養條件進行研究,以黃豆粉為氮源,淀粉為碳源,初始pH6.0,36℃培養72h,酶活可達9.16u/mL。該項菌株應用于生產,未見進一步報道。
5.芝麻香型白酒和濃香型白酒微生物的研究
芝麻香型白酒是傳統醬香型白酒基礎上的創新與發展,由于用曲和工藝的獨特,酒醅中微生物菌群亦獨具特點。江南大學生物工程學院教育部工業生物技術重點實驗室等對濃香型白酒窖池發酵的全過程跟蹤取樣,借助于PCR -變性梯度凝膠電泳(DGGE)和16SrRNA基因文庫兩種方法,對比研究了江蘇地區濃香型和芝麻香型白酒酒醅在發酵過程中的微生物菌群結構。研究發現,白酒的品質不僅與生產工藝相關,還與地理環境、水質、氣候和糧食等因素密不可分。不同地域、不同的生產工藝都會導致發酵過程中微生物菌群結構的演變產生差異,利用基于16S rRNA基因的PCR-DGGE和構建克隆文庫技術分析了江蘇北部某酒廠濃香型和芝麻香型白酒窖池酒醅在發酵過程中原核生物的菌群結構和變化規律,與四川某濃香型白酒發酵窖池中糟醅樣品的DGGE分析結果比較,發現四川濃香型白酒釀造,人窖發酵一周后,酒醅中微生物多樣性就已急劇減少,僅觀察到一條明顯的電泳條帶,這種現象一直到發酵結束。而江蘇窖池酒醅發酵近1個月后細菌群落才出現這種情況。這可能與入池發酵溫度有關,四川18℃入窖,微生物繁殖速度較快,氧氣被迅速消耗,致好氧細菌逐漸消亡;而蘇北入窖溫度僅12℃,氧氣消耗、微生物繁殖和消亡都較慢,到發酵后期才出現相類似的現象。同時,通過16S rRNA基因克隆文庫的測序和比對,不僅鑒定出在白酒曲藥和酒醅的研究中尚未報道的細菌屬,而且顯示出不同地區同一種香型白酒中微生物區系存在巨大差異。同一地區不同香型酒醅中微生物的群落亦有很大不同。運用PCR - DGGE基因指紋圖譜技術分析白酒曲藥和酒醅中的微生物群落結構,研究傳統食品發酵功能微生物的生態特征與規律,將其與傳統的菌種分離鑒定和白酒固態發酵檢測等手段相結合,對判斷和鑒定白酒生產中與特征風味物質相關的關鍵微生物,指導生產工藝改進,具有重要的理論和實踐意義。
四川大學食品工程系與生物工程系合作,利用基于16S rDNA的克隆分析技術,對發酵60d的濃香型白酒窖池糟醅中原核微生物多樣性的分析發現,糟醅中分布的原核微生物既有細菌又有古菌,其在系統發育樹圖上分成7個分枝:低(G+C) mol%革蘭陽性菌、高(G+C) mol%革蘭陽性放線菌、革蘭陰性擬桿菌群、革蘭陰性變形桿菌群、革蘭陽性纖毛菌群、TM7門和產甲烷古細菌群。這些菌群數量多、分類上分布廣,具有復雜的代謝多樣性,能生成多種活性物質及降解復雜有機物,其代謝產物在窖池特定的環境下通過復雜的生理生化反應能形成濃香型白酒的特征風味因子。
綜合利用分子生物學分析方法以及常規菌類分離鑒定方法,加強對固態法發酵白酒酒醅微生物菌系分析,特別是對一些尚未報道的釀酒微生物菌株的系統發育和生理特性認識,對深入研究釀酒微生物的分布特征和形成規律,以及在白酒風味形成上的作用具有重要的理論指導意義。
6.白酒微生物資源的發掘與應用
中科院成都生物研究所多年來開展了白酒工業微生物資源的發掘與應用。
(1)利用甲醇的生絲微菌的發現與分離,可降低白酒中甲醇含量。
(2)分離了高乙醇濃度特殊環境中甲烷氧化菌。
(3)從濃香型老窖中分離出一株產甲烷桿菌,開發出甲烷細菌與己酸菌共酵的二元發酵技術。
(4)從瀘州老窖泥中分離出產己酸的細菌,應用于人工培窖。
(5)雜醇油利用菌的發現與分離,為酒精工業降低雜醇油提供了新途徑。
(6)從郎酒高溫曲中分離得到一株嗜熱芽孢桿菌(地衣芽孢桿菌),該菌在90℃高溫時具有強的活性,糊精化淀粉作用溫度高達lOO℃,產酶條件pH4.5~10.0。
(7)從瀘酒麥曲中分離出一株紅曲霉,用于制強化曲。
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