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预测基酒产量、揭示酵母奥秘 茅台两项科技成果被鉴定为国际领先

2023-03-23 13:02:18     来源 : 新华网

新华网贵阳3月23日电（卢志佳 周远钢）能准确预测下一轮次茅台基酒窖产，偏差率小于5％；茅台酒厂酒醅中酿酒酵母具有独特性；长期不间断的酿造活动利于选育和驯化微生物……这些科学发现和科技应用来源于茅台集团近年来的两项科技成果。


【资料图】

近日，中国轻工业联合会组织专家组对茅台集团“茅台酒酿造过程酵母菌全程解析与资源挖掘”和“制酒全过程多维评价体系构建与应用”两项成果分别进行了鉴定，两项成果均获得国际领先的鉴定评价。成果鉴定委员会由两位中国工程院院士和5位业界专家组成。

《茅台酒酿造过程酵母菌全程解析与资源挖掘》系中科院微生物所与茅台集团合作，通过6年的研究，筛选并获取茅台酒酿造过程中纯培养酵母菌3168株，经分子生物学鉴定，归属于20个属41个种，发现筛选到的酵母菌活菌资源总占比超高通量测序中酵母菌占比95%以上。

选取相对丰度占比前10（相对丰度总和达80%）共计202株酵母菌进行代谢产风味特性解析，发现不同种类酵母菌代谢产生的风味物质含量存在较大差异，酵母菌代谢物中以醇类物质的含量最高，其次为酯类、酸类物质，醛酮、吡嗪类等其他化合物含量较低，表明酵母菌类群在酿造过程中对酒醅中醇、酯、酸类物质均具有较为重要的贡献。

针对产醇、产酯及产其他风味物质能力较强的6种酵母菌共计30株为供试菌株，通过Illumina HiSeq 4000测序平台进行全基因组测序，并进行基因功能预测，不同种类酵母菌全基因组中能够预测到的基因数存在较大的差异，例如，异常威克汉姆酵母预测基因数均超过11000个，拜耳接合酵母预测基因数为9400个左右，盔形毕赤酵母预测基因数为8600个左右，表明不同种类的酵母菌在功能基因数量上存在较为明显的差异，且同种酵母菌不同菌株之间也存在一定的差异，说明了茅台酒酿造过程中酵母菌具有丰富的基因多样性。（图1）

图1 不同种类酵母菌预测基因数

通过SNPs双等位基因构建系统进化树，明确了酱香型白酒酿造过程中酿酒酵母在系统进化树中形成独立分支，与其他来源酿酒酵母存在明显差异，进化树分支支持率为100%。（图2）

图2 不同香型白酒来源酿酒酵母与野生型酿酒酵母系统进化树

与此同时，针对不同来源的酱香型白酒酿酒酵母进行全基因组分析，通过SNPs双等位基因构建系统进化树，证明了茅台酒厂酒醅中酿酒酵母具有独特性，与茅台镇自然环境和其他酒厂酿酒酵母为不同分支（图3），其主要来源为茅台酒酿造环境。该酿酒酵母与“两期试点”（1963年）保存的菌株相比，在遗传关系无明显差别，但在风味物质代谢方面更为丰富，说明长期不间断的酿造活动利于选育和驯化微生物。

图3 不同来源酱香型白酒酿酒酵母系统进化树

针对分离自茅台酿造环境与酿造体系的600余株酿酒酵母菌株开展IGS1的高变区（HVG-I）的高通量PCR-SSCP（单链构象多态性）分析，结果表明在茅台酒酿造过程中存在着多种核型的酿酒酵母。如图4所示茅台酒酿造过程中代表性酿酒酵母菌株就有10种核型，进一步证明了茅台酒长期酿造活动对酿酒酵母类群能够产生差异性驯化，佐证了茅台酒核心产区无法复制的科学性。

图4 代表性酿酒酵母菌株SSCP-VR1结果示意图

《制酒全过程多维评价体系构建与应用》系茅台集团自主研发，项目基于影响因素众多、酿造机理复杂的制酒过程，通过6年的研究，全面收集整理分析制酒全过程工匠经验，统一经验性感官评价维度和标准，显性化工匠经验。开发15项常规指标快速无损检测方法，全覆盖所有车间、班组、窖池。

在前期研究基础上，研发包括酵母菌、发酵力、乳酸、乙酸等11项指标专有检测方法，对关键节点进行监控，基于以上数据搭建了茅台生产综合监测平台，集成了40个相关单位的数据共享体系，每年获得生产相关数据2000余万条，涉及各参数指标数据约1.5亿个，形成茅台酒生产全工艺链数据库。通过经验和数据融合，已构建了8个数学模型，能够判断堆积发酵和窖内发酵质量，准确预测下一轮次窖产，偏差率小于5％。该项目完成了两大突破，一是从传统白酒凭借经验指导生产转化为经验和数据融合指导，是方法论的创新突破；二是构建复杂体系下的制酒生产技术指导体系，依托经验和数据建立模型，用于酿造过程质量评价，通过工艺调控，实现各轮次产量及酱香酒比例的结构优化，确保优质稳产，是传统与科学的有机融合，对传统白酒生产管控体系的科学完善和管控能力提升有借鉴意义。

据悉，以上两项成果共申请发明专利12件，已授权9件，发表论文13篇，被SCI收录7篇，第一项成果已转化入微生资源库菌种实体、工艺指导、产区独特性解析等生产科研实践，成果转化率超40％；第二项成果已全部应用于生产实践。

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