Illumina HiSeq 2500测序系统采用pair-end边合成边测序技术,对环境微生物的分析已经趋向成熟,相关数据库中的菌种分类也更加全面具体。湖南农业大学食品科技学院的戴奕杰、李宗军*和贵州省产品质量监督检验院的田志强采用高通量测序技术(HiSeq测序)及生物信息学方法,对大曲和糟醅样本中的细菌多样性分析,以期更全面地解析酱香型白酒酿造过程中微生物群落结构特点和动态变化规律,以及不同工艺阶段菌群组成的差异。
1、酱香型白酒大曲的细菌多样性分析
细菌群落多样性指数
结果可知,高温制曲阶段,细菌的微生物丰富度较好,本实验的测序量也能够较好地反映出样本内的微生物信息。随着发酵时间的推移,大曲的多样性指数(Shannon:3.40)、分类OTU(Observed:360)、物种丰度指数(Chao1:581)均趋于稳定。
细菌群落结构分析
高温制曲阶段,占据主导地位的细菌菌群为厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)4 类菌门;随着曲药贮存时间的延长,Firmicutes和Bacteroidetes的菌群数量逐渐下降,而Proteobacteria、Actinobacteria的数量则呈现上升趋势。根据测序结果,在大曲中共鉴定出18 个门167 个属的细菌微生物。
2、酱香型白酒发酵过程中糟醅的细菌多样性分析
细菌群落多样性指数
OTU个数均达270以上;随着发酵时间的推移,发酵过程的多样性指数(Shannon)除了第3轮次下窖样本较低,其他样本均在3.0以上;物种丰度指数(Chao1)基本呈现堆积发酵(下窖)样本低,窖池发酵(起窖)样本高的变化。
细菌群落结构分析
发酵时期,占据主导地位的细菌菌群为Firmicutes、Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes 4 类;随着发酵时间的推移,Firmicutes前期下降,中期从第2轮次起窖开始菌类上升,后期的第6轮次起窖种类下降,其中,第3轮次下窖占比达到最高值(0.817 851 959)、第4轮次起窖最低(0.400 217 707);Proteobacteria变化趋势与前者相反;Actinobacteria、Bacteroidetes则无明显变化规律。
3、大曲和糟醅的细菌多样性比较
无论是高温制曲时期还是发酵时期,占据主导地位的细菌菌群为Firmicutes,其中占比较多的属是Clostridium sensu stricto 1、Lactobacillus、Streptococcus;其次是变形菌门Proteobacteria,其中占比较多的属是Escherichia-Shigella、Actinobacillus;然后是放线菌门Actinobacteria,其中Bifidobacterium占比最多。另外,丰度较低的细菌菌类中Mycoplasma、Sarcina、Staphylococcus在大曲中的丰度高于糟醅,Citrobacter、Turicibacter、Enterobacter、Prevotella 9在大曲中的丰度低于糟醅样本。
结 论
通过采集大曲和糟醅不同发酵时间的样本,提取细菌DNA并根据16S rDNA V4多变区序列的特异性引物进行PCR扩增,随后利用Illumina HiSeq 2500测序技术对扩增产物进行高通量测序。得到的测序数据使用生物信息学方法进行微生物多样性分析,包括OTU、Alpha多样性分析、群落组成分析等。结果显示:酱香型白酒的高温制曲、堆积发酵和窖池发酵的微生物菌群在数量及结构分布上具有多样性,菌群种类基本一致。两个阶段的优势菌门均为Firmicutes、Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes 4 类。随着发酵时间的推移,各轮次酒糟醅中微生物群落呈现一定的变化规律,大曲样本的细菌菌类变化与贮存时间有关,而糟醅微生物随窖内发酵及高温堆积的工艺而不断变化。随着温度和水分达到相对平衡,细菌群落也逐渐得到了调整,形成单一菌类为主导的环境,更有利于酱香型白酒的酿造。