近期，江南大學生物工程學院許正宏教授團隊基于鎮(zhèn)江香醋傳統(tǒng)工藝科學機理的解析基礎上，構建了多菌種發(fā)酵劑，并成功應用于食醋釀造。相關研究成果 “Constructing a defined starter for multispecies vinegar fermentation via evaluating the vitality and dominance of functional microbes in autochthonous starter”正式發(fā)表于《Applied and Environmental Microbiology》（https://doi.org/10.1128/AEM.02175-21）和“Combined ffects of fermentation starters and environmental factors on the microbial community assembly and flavor formation of Zhenjiang aromatic vinegar” 正式發(fā)表于《Food Research International》（https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110900）。

 

　　中國傳統(tǒng)固態(tài)食醋采用未經(jīng)滅菌的原料，在開放式多菌種混合體系中進行釀造。其工藝過程大體包括淀粉質原料的糖化（SS）和酒精發(fā)酵（AF）、酒醪的固態(tài)醋酸發(fā)酵（AAF）和厭氧封醅陳釀（SF）等主要步驟。在多種微生物共同的作用下，完成了以酒精、淀粉等原料為主要底物合成包括醋酸在內的多種有機酸、揮發(fā)性風味物質等，最終形成了味道濃郁且獨特的中國傳統(tǒng)食醋。近年來，人工構建合成菌群且用于傳統(tǒng)工藝革新受到廣泛關注，合成菌群可用于快速啟動發(fā)酵并保證產(chǎn)品風味的穩(wěn)定性。但已有的研究未能系統(tǒng)闡明傳統(tǒng)釀醋微生物群落的演替及其驅動力，及其交互作用與功能。上述信息的缺失客觀上阻礙了人工構建菌群理性設計與應用。

 

　　江南大學生物工程學院許正宏教授團隊與江蘇恒順集團有限公司緊密合作長達20余年，雙方致力于鎮(zhèn)江香醋釀造微生態(tài)研究，采用現(xiàn)代生物技術解析傳統(tǒng)釀醋工藝機理，挖掘釀醋微生物的功能并加以理性工業(yè)應用。本研究以鎮(zhèn)江香醋為研究對象，（1）分析了鎮(zhèn)江香醋4個發(fā)酵階段微生物群落演替規(guī)律及其與環(huán)境因子變化和風味代謝物的相關性，發(fā)現(xiàn)封醅發(fā)酵工藝可以進一步提高醋醅中的有機酸、氨基酸和揮發(fā)性化合物總含量；（2）利用相關性分析發(fā)現(xiàn)pH是影響酒精發(fā)酵階段微生物群落的關鍵環(huán)境因子，乙醇含量和還原糖含量對醋酸發(fā)酵階段微生物群落有顯著相關性，而封醅發(fā)酵階的微生物群落與乙醇含量、pH和溫度有顯著相關性；（3）通過SourceTracker分析鎮(zhèn)江香醋發(fā)酵微生物的來源，發(fā)現(xiàn)啟動醋酸發(fā)酵的細菌群落主要來源于種醅（即發(fā)酵第7天的醋醅），真菌群落主要來源于未滅菌的原料混合物。（4）采用多組學技術全面分析了鎮(zhèn)江香醋種醅中具有活性的優(yōu)勢物種，追蹤了它們在發(fā)酵過程中的演替規(guī)律，發(fā)現(xiàn)上述優(yōu)勢微生物表現(xiàn)出了4種演替模式，結合聚類分析和共線性網(wǎng)絡分析揭示了這些優(yōu)勢物種在發(fā)酵過程中的重要作用；（5）從種醅中分離篩選到代表菌株（巴氏醋桿菌Acetobacter pasteurianus、金山醋酸乳桿菌Acetilactobacillus jinshanensis、耐酸乳桿菌Lactobacillus acetotolerans和瑞士乳桿菌L. helveticus），并構建了簡化的釀醋合成菌群，該合成菌群能夠快速啟動醋酸發(fā)酵，且產(chǎn)品主體風味與傳統(tǒng)工藝食醋無明顯差異。

 

　　上述研究較為系統(tǒng)地闡釋了鎮(zhèn)江香醋傳統(tǒng)“套醪接種”工藝的科學機理，加深了對香醋傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝與風味形成之間關系的理解，并構建了多菌種發(fā)酵劑，創(chuàng)新了食醋釀造工藝。研究表明，可以通過挖掘釀造功能微生物，實現(xiàn)人工合成微生物組在傳統(tǒng)釀造中的應用。但人工群落的構建絕非簡單選擇幾種微生物，而需充分了解參與各代謝模塊的微生物并明晰它們之間的交互作用及演替模式，才能理性設計出簡化且穩(wěn)定的功能菌群，最終達到優(yōu)化生產(chǎn)工藝，穩(wěn)定生產(chǎn)過程，提升產(chǎn)品品質的目的。

 

　　我校16級博士生黃婷為第一作者，上述研究工作得到了國家自然科學基金（31771967）項目的資助。