基于靶向活菌的方法解析红曲黄酒酿造体系中的功能菌群及其对香气特征形成的调控机制

Hong Qu glutinous rice wine, one of the most traditional representatives of Chinese rice wine with local characteristics, has a huge market potential because of its red color, pure taste, fragrant and well-known health functions. Aroma characteristics is an important part of the quality of yellow rice wine, to a large extent, determines the quality level and the economic benefit of the enterprise. Previous studies have identified the characteristic aroma components in Hong Qu glutinous rice wine. However, so far it is still not clear that these characteristic aroma components are mainly produced by which functional microorganisms during the actual brewing process. And how do functional microbes regulate the formation of these characteristic aroma components is also an unsolved scientific problem. .Aim to overcome the limitation of detection method based on DNA molecules, this project intends to explore the structural characteristics and dynamic trends of the metabolic active microorganisms during the traditional brewing process through PMA treatment-DNA barcode high-throughput sequencing technology, and determine the functional microbes closely related to the formation of characteristic aroma components. This project also aim to determine the key functional proteins / enzymes in the synthesis of functional aroma components through quantitative proteomic analysis of the metabolic active microorganisms based on PMA dye - flow cytometry sorting method, and finally clarify the biosynthetic pathways of the characteristic aroma components. The research results would provide the theoretical basis for the separation and screening of functional microorganisms, and would lay the foundation for directional improvement of the aromatic characteristics of Hong Qu glutinous rice wine.

红曲黄酒因其色红、味醇、香浓和众所周知的红曲保健功能而在中国黄酒中独树一帜，市场潜力巨大。香气特征是红曲黄酒品质的重要组成部分，很大程度上决定了红曲黄酒的档次以及企业的经济效益。前期研究已鉴定出红曲黄酒中的关键特征香气组分。然而，对于这些特征香气组分在实际酿造过程中主要由哪些微生物代谢产生？功能微生物是如何调控特征香气组分的生成？至今尚不明确。.本项目克服了基于DNA分子的检测方法不能有效区分死、活菌的局限性，采用基于靶向活菌的PMA处理-菌群高通量测序技术，准确反映传统酿造过程活菌菌群结构特征及其时序动态趋势，确定与特征香气组分形成密切相关的功能微生物；运用基于PMA标记-流式细胞分选的靶向活菌方法，解析传统酿造过程中具有代谢活性的菌群的蛋白质组，识别调控特征香气组分合成的关键功能蛋白/酶，弄清特征香气组分的生物合成途径。研究结果将为功能微生物的筛选和香气特征定向发酵调控提供理论依据。

红曲黄酒因其色红、味醇、香浓和众所周知的红曲保健功能而在中国黄酒中独树一帜，市场潜力巨大。香气特征是红曲黄酒品质的重要组成部分，很大程度上决定了红曲黄酒的档次以及企业的经济效益。红曲黄酒独特香气组分的形成与其传统酿造过程中微生物发挥的功能密切相关，为实现红曲黄酒香气特征的定向调控，提升我国红曲黄酒的风味品质，很有必要深入探究传统酿造过程中特征香气组分形成与微生物菌群之间的关系。.本项目基于PMA构建红曲黄酒传统酿造体系中活菌菌群的靶向检测技术，通过PCR引物的筛选和条件优化，建立一套适合于红曲黄酒传统酿造菌群分析的方法，应用于红曲黄酒传统酿造用曲和传统酿造过程中菌群多样性及其动态变化分析。通过斯皮尔曼和双向正交偏最小二乘法（O2PLS）的相关性分探究挥发性代谢产物和微生物菌群之间的潜在关系，确定了葡萄糖醋酸杆菌属、乳酸杆菌属、乳球菌属和毕赤酵母属、威克汉姆酵母属、酿酒酵母属为红曲黄酒中主要挥发性化合物产生的核心功能微生物菌群。通过红曲黄酒传统酿造过程中微生物菌群的定量蛋白质组学分析，共鉴定和定量到4030个蛋白质，酿造中期相比酿造初期，有898个蛋白表达发生上调，1270个蛋白表达发生下调，酿造末期相比酿造中期，有4个蛋白表达发生上调，6个蛋白表达发生下调，这说明酿造中期到末期微生物蛋白组没有发生显著的变化。为了透彻了解数据中鉴定到和定量到的蛋白质，我们对所有鉴定到的蛋白质进行了系统的蛋白功能注释分析，并且对所有差异表达蛋白进行了功能分类、功能富集及基于功能富集的聚类分析。根据差异表达蛋白的KEGG代谢通路富集分析，探究红曲黄酒传统酿造体系中的功能菌群对特征香气组分代谢网络的调控机制。该研究成果将为红曲黄酒酿造功能微生物的筛选和香气特征定向发酵调控提供理论依据，为优化红曲黄酒生产工艺、提高风味品质奠定基础。.本项目总共发表论文10篇，其中发表SCI论文4篇、EI论文6篇；授权国家发明专利1件。