《食品科学》：贵州大学苏伟教授等：不同原料对酱香大曲微生物群落结构及多样性的影响

中国白酒被列为世界六大著名蒸馏酒之一。其中，茅台酒是中国著名的传统白酒，它以高度复杂、甘甜和清爽的风味而闻名，其特点主要来源于酱香大曲。酱香大曲作为茅台酒的糖化、发酵与生香剂，由多种微生物、功能酶和风味化合物组成。研究发现原料是影响发酵进程和产物品质的重要因素，不同原料营养成分的差异与发酵产物的品质和功能密切相关。然而，到目前为止，酱香大曲仍是基于纯小麦在开放环境下自然发酵生产的，导致原料探索存在数据集缺陷。

贵州大学酿酒与食品工程学院的赵 驰、苏 伟*等采用高通量测序技术，对同一加工条件下不同原料加工而成的酱香大曲样品进行微生物群落结构和多样性分析。并利用主成分分析（PCA）、聚类分析（HCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和线性判别差异贡献分析（LEfSe）对组间分离情况和菌群关键生物标记进行探究，旨在为酱香大曲的品质研究提供新参数。

1、α多样性分析

XMQ、ZMQ和QKQ样本质量控制后，在16S rRNA序列中分别得到（59 763±8 414）、（68 309±4 326）条和（57 368±12 272）条有效序列，ITS序列中分别得到（77 787±419）、（77 963±553）条和（77 364±12 220）条有效序列。基于细菌和真菌OTU 数的覆盖率（表1）和稀释曲线（图2A）趋于平缓，表明本研究的测序深度足以代表样品的微生物结构，说明测序数据足够后续分析。此外，描述了不同样品中微生物群落的丰富度和多样性（表1）。

根据Venn图（图2B），3 份大曲样品中细菌OTU总数和唯一数均为最高，但真菌OTU的唯一数在3 份大曲样品中无明显差异。此外，QKQ和XMQ样品中细菌和真菌的OTU独自共有数最多，分别为20和15。

2、微生物群落结构分析

根据OTU分析结果，对样品数据在门和属水平上进行分类学分析。如图3所示，在门水平上，所有样品共检测到8 个门（相对丰度＞0.1%），包括3 个真菌门（子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和毛霉门（Mucoromycota））和5 个细菌门（厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和蓝藻菌门（Cyanobacteria））。3 个大曲样品中均以子囊菌门、厚壁菌门和放线菌门为绝对优势门（相对丰度＞1%）。

在属水平上，图4A、B分别显示了9 个大曲样品细菌属和真菌属的总体概况（相对丰度＞1%），分别占总丰度的93.57%和96.25%。观察到优势细菌属为克罗彭斯特菌属（Kroppenstedtia）、uncultured_bacterium_f_Bacillaceae、高温放线菌属（Thermoactinomyces）、魏斯氏菌属（Weissella）、枝芽孢菌属（Virgibacillus）、乳杆菌属（Lactobacillus）、芽孢杆菌属（Bacillus）、链霉菌属（Streptomyces）、葡萄球菌属（Staphylococcus）、火山渣芽孢杆菌属（Scopulibacillus）、棒状杆菌属（Corynebacterium_1）、uncultured_bacterium_f_Pseudonocardiaceae、短杆菌属（Brevibacterium）和鞘氨醇杆菌属（Sphingobacterium），属厚壁菌门、放线菌门和拟杆菌门。

3、PCA、OPLS-DA和HCA

基于不同原料制备的酱香大曲微生物属的相对含量数据，利用SIMCA 14.1软件进行PCA、OPLS-DA和HCA（图5）。PCA得分图表明组间分离明显、信度较高，在细菌分析中变量得分图显示PC1和PC2的方差贡献率分别为43.39%和40.24%（图5A1），真菌中的变量得分图显示PC1为52.43%，PC2为33.69%（图5A2）。此外，为了更好地了样品组间差异的微生物属，进行了OPLS-DA，以滤除与微生物属中分类变量无关的正交变量，并分别分析非正交变量和正交变量，以获得更可靠的模型信息。根据OPLS-DA得分图的结果，样本均在95% Hotelling的T平方椭圆内，说明分析样本中不存在异常值（图5B）。模型中细菌和真菌的RY2和Q2值非常接近1，表明它们可以有效地解释样本之间的差异。同时，通过HCA结果发现，在细菌属的聚类分析中ZMQ和XMQ聚为一簇，而QKQ独为一簇（图5C1）。然而，在真菌属的聚类分析中QKQ和ZMQ为一簇，XMQ单独为一簇（图5C2）。上述结果表明，不同原料制备的酱香大曲由于原料成分差异导致最终产品在微生物间存在较大差异。

4、样品组间微生物群落显著性差异及标记物分析

微生物各分类水平上的分类等级树如图6A 1 和图6B 1 所示，由内圈到外圈分别表现为微生物群落从界到属分类单元的等级关系，节点大小表示分类单元的丰度高低，黄色节点代表组间无显著差异的分类单元，其他颜色的节点表示该分类单元在对应样品中丰度较高且组间具有显著差异，线性判别分析值（LDA score）设定为4.0。

基于LEfSe，3 组大曲样品优势属中共发现10 种显著差异细菌属（图6A 2 ）和9 种显著差异真菌属（图6B 2 ）（LDA score＞4，P＜0.05）。其中，ZMQ样品占9 种，分别为5 种细菌属（棒状杆菌属Corynebacterium_1、鞘氨醇杆菌属Sphingobacterium、芽孢杆菌属Bacillus、火山渣芽孢杆菌属Scopulibacillus和uncultured_bacterium_f_Bacillaceae）和4 种真菌属（曲霉属Aspergillus、红曲霉属Monascus、热子囊菌属Thermoascus和Rasamsonia）。XMQ样品含4 种显著差异属，细菌属（枝芽孢菌属Virgibacillus和克罗彭斯特菌属Kroppenstedtia）和真菌属（丝衣霉属Byssochlamys和Wickerhamomyces）分别占两种。同时，QKQ显著差异细菌属（高温放线菌属Thermoactinomyces、乳酸菌属Lactobacillus和魏斯氏菌属Weissella）和真菌属（嗜热真菌属Thermomyces、哈萨克斯坦酵母属Kazachstania和孢圆酵母属Torulaspora）分别为3 种。此外，柱状图的优势属中4 种细菌属（葡萄球菌属Staphylococcus、链霉菌属Streptomyces、短杆菌属Brevibacterium和uncultured_bacterium_f_Pseudonocardiaceae）和1 种真菌属（德巴利氏酵母属Debaryomyces）未能体现，可认为它们的组间差异性不明显。

结论

结果表明：在细菌属中，XMQ以克罗彭斯特菌属、枝芽孢菌属、乳杆菌属和魏斯氏菌属为主；ZMQ以克罗彭斯特菌属、枝芽孢菌属、uncultured_bacterium_f_Bacillaceae、芽孢杆菌属和火山渣芽孢杆菌属为主；QKQ以乳杆菌属、魏斯氏菌属和高温放线菌属为主。在真菌属中，样品均以热子囊菌属和德巴利氏酵母属为优势属；此外，XMQ以丝衣霉属、红曲霉属、哈萨克斯坦酵母属和孢圆酵母属为主；ZMQ以红曲霉属、曲霉属和Rasamsonia为主；QKQ以哈萨克斯坦酵母属、孢圆酵母属、嗜热真菌属为主。多元分析表明组间分离明显，且从优势属中共获得了10 种显著差异细菌属和9 种显著差异真菌属。目前，对不同原料酒曲微生物的代谢机制不明确，后续研究需进一步利用代谢组学、转录组学和蛋白质组学方法研究酒曲的功能菌株及发酵机制。本研究结果为生产酱香大曲时选择原料提供了指导。

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通信作者简介

苏伟，教授/博士，中共党员，贵州大学学科学术带头人，贵州省一流专业“食品科学与工程”专业负责人，硕士生导师，贵州省2016年千层次培养人才。国家食品营养师，农产品食品检验员考评员，中国畜产品加工研究会会员。2011年在浙江大学质量工程项目进修，2015年在华南理工大学访学研究，2018年在泰国苏兰拉里理工大学做高访研究。

研究方向为食品应用生物技术。主要针对地方生态畜禽（牛、羊、猪、鸭、鸡）、发酵食品（火腿、黑糯米酒）、特色产品（红稗、石斛、食用菌、辣椒）等进行研究开发，着力山地生态特色食品科技化、产业化。从事本科生《食品化学》、《食品安全导论》、《生物化学》，研究生《高级食品化学》和《食品安全快速检测技术》的教学；研究工作涉及食品营养与安全，畜产加工与质量控制。主持国家自然科学基金项目2项，省科技重大专项子项目3项，其它省级项目10项，校级2项，横向合作项目15项。已在International Journal of Food Properties、Food Science & Nutrition、Food Research International、Frontiers in Microbiology、Food Chemistry等国内外杂志发表科研论文近60篇（其中SCI/EI 收录9篇），申报专利10项，获授权4项，担任Food Research International、Frontiers in Microbiology、Food Chemistry等期刊审稿人。

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第一作者简介

赵驰，1995年8月出生，硕士毕业于贵州大学酿酒与食品工程学院，目前于华南理工大学攻读博士研究生，主要针对发酵工业中功能微生物挖掘，微生物代谢机理调控，风味活性成分分析，多组学结合分子生物学研究等。在《食品科学》、Food Research International、Frontiers in Microbiology、Food Chemistry等国内外杂志以第一作者投稿论文5篇。曾在贵州茅台酒厂、贵州天水酒业有限公司和贵州省酒类产品质量检验检测院实习，荣获中国酒业协会全国大学生品酒技能大赛（决赛）优秀选手奖、华南理工大学国奖/校长奖、贵州大学特等奖学金和优秀毕业生等。

本文《不同原料对酱香大曲微生物群落结构及多样性的影响》来源于《食品科学》2022年43卷10期133-141页，作者：赵驰，苏伟，母应春，郑璞，王涵钰。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210530-352。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网。