黄酒麦曲中产阿魏酸酯酶微生物菌群结构与功能研究

Ferulic acid is both a special flavor and one of important functional factors with antioxidant activity in rice wine, which origins mainly from wheat Qu. The microbiota in wheat Qu have the ability to secrete feruloyl esterase, which hydrolyses the ester bonds between ferulic acid and xylan in wheat bran, with the result of releasing free ferulic acid. However, there is few knowledge about the diversity of microbiota producing feruloyl esterase in the multi-species wheat Qu. This impedes our understanding of the microbial mechanism and regulation of ferulic acid in rice wine. In this study the diversity of the microbial community producing feruloyl esterase and the dominant microbes were determined by next generation sequencing and clone library. Then the metabolic characteristics and the conditions in producing the feruloyl esterase of the dominant strains were investigated by simulation fermentation. Finally, the excellent strain in producing feruloyl esterase was added to the fermentation process of wheat Qu in order to improve the level of ferulic acid. This study will advance our understanding of the functional microbita producing feruloyl esterase in wheat Qu and provide the theoretical foundation and technical guidance for controlling the level of ferulic acid and developing a new type of healthy rice wine.

阿魏酸既是黄酒中的风味物质也是重要的功能物质之一，能赋予黄酒显著的抗氧化活性。麦曲是黄酒中阿魏酸的重要来源，麦曲中微生物菌群具有分泌阿魏酸酯酶的能力，该酶可水解麸皮中阿魏酸与木聚糖之间的酯键，将阿魏酸释放出来。然而麦曲是一个多菌种混合的复杂体系，对其中产阿魏酸酯酶微生物菌群结构及优势功能微生物尚未有系统分析，这阻碍了人们对黄酒中阿魏酸产生微生物机理的认识和在群落水平理性对阿魏酸的调控。因此本项目以黄酒麦曲为研究对象，采用微生物分子生态技术系统解析麦曲中产阿魏酸酯酶的微生物菌群的结构并明确产阿魏酸酯酶的优势微生物，进而采用模拟原位发酵技术对具有阿魏酸酯酶活性的优势菌株进行代谢活性及产酶特性研究，为更好的理解麦曲中阿魏酸的形成机理和最终实现从微生物群落水平对阿魏酸的调控奠定理论基础，同时本研究也可为健康黄酒产品的开发提供技术支持。

阿魏酸既是黄酒中的风味物质也是重要的功能物质之一，能赋予黄酒显著的抗氧化活性。麦曲是黄酒中阿魏酸的重要来源。麦曲中微生物菌群具有分泌阿魏酸酯酶的能力，该酶可水解麸皮中阿魏酸与木聚糖之间的酯键，将阿魏酸释放出来。本课题从公开数据库中收集整理了7293条阿魏酸酯酶氨基酸序列，序列主要来源于10个属的微生物，通过对阿魏酸酯酶氨基酸序列比较分析发现阿魏酸酯酶具有丰富的多样性，属内微生物菌株之间也存在大的变异度，这可能是微生物在进化中对不同环境适应结果。该研究内容为为麦曲宏基因组的注释分析提供了可供参考的氨基酸序列集。对麦曲进行宏基因组测序并对其功能进行注释发现，麦曲中的功能基因有一半以上注释到代谢通路上，碳水化合物代谢共包括15种碳水化合物途径和14条氨基酸途径，麦曲中次级代谢物合成相关的功能基因主要包括抗生素类、生物碱类、黄酮类物质的合成功能基因。与阿魏酸酯酶相关的微生物菌群主要有8个属，其中糖多孢菌注释到了最多的阿魏酸酯酶基因序列，其次曲霉属也是麦曲中阿魏酸酯酶的重要贡献者；部分芽孢杆菌、链霉菌属、拟无知菌属和明串珠菌属也是麦曲中阿魏酸酯酶的重要来源，这为提高麦曲中的阿魏酸提供了重要的微生物资源。采用阿魏酸乙酯为唯一碳源从麦曲中筛选到28株产阿魏酸酯酶的菌株，其中菌株Y-5具有最强的产阿魏酸酯酶的能力，并鉴定为Pseudomonas oryzihabitans。将菌株Y-5用于麦曲制作，强化曲阿魏酸酯酶的酶活力相比于对照组酶活有了明显提高，将强化麦曲进行黄酒发酵，在不影响黄酒的酒精度、pH值和还原糖含量的情况下能显著增加黄酒中阿魏酸的含量，这说明强化麦曲中的假单胞属菌株发挥了其功能。本课题重点解析了麦曲中产阿魏酸酯酶的微生物菌群，研究结果可为黄酒中阿魏酸含量的调控和健康黄酒产品的开发提供科学的理论基础和技术支持。