近期，我校生物工程学院许正宏教授团队在大曲功能形成的微生物机制以及曲在白酒酿造过程中的作用方面取得重要进展，研究成果“Metagenomics unveils microbial roles involved in metabolic network of flavor development in medium-temperature daqu starter”正式发表于Food Research International (IF=4.972) (https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.110037)，“Daqu microbiota exhibits species-specific and periodic succession features in Chinese baijiu fermentation process”正式发表于Food Microbiology (IF=4.155) (https://doi.org/10.1016/j.fm.2021.103766)。
大曲是白酒酿造过程中重要的糖化剂、发酵剂和生香剂，对产品风味品质有重要作用，在酿酒行业素有“曲为酒之骨”的说法。虽然大曲酿酒工艺已经应用数百年，但是我们对于大曲中风味物质及功能酶系形成的微生物机制、大曲菌群在白酒酿造过程中的作用等方面尚缺少深入研究。
许正宏教授团队以中温大曲为案例，联合应用宏组学、风味化学等研究方法，探究了大曲发酵过程中微生物群落演替与理化特性变化规律，揭示了大曲风味形成过程中的微生物动态代谢网络，并解析了大曲产香、产酶的微生物基础和形成机制，并进一步通过高通量测序方法在物种水平上追踪了中温大曲各类微生物在白酒发酵过程中“兴盛衰落”的演替规律，解析了大曲酿造功能的微生物基础，为科学认识大曲的酿造功能提供了数据支撑。
在大曲发酵过程中乳杆菌目（主要为魏斯氏菌属Weissella、乳杆菌属Lactobacillus和片球菌属Pediococcus）、毛霉菌目（主要为横梗霉属Lichtheimia）和散囊菌目（主要为曲霉属Aspergillus、Rasamsonia和丝衣霉属Byssochlamys）先后成为主要功能微生物类群，它们相继承担了一系列裂解酶和风味前体/化合物的代谢任务。通过宏组学结果构建了大曲主要风味物质形成的微生物代谢网络，发现细菌中魏斯氏菌属、乳杆菌属、葡萄球菌属Staphylococcus参与2,3-丁二醇代谢，高温放线菌属Thermoactinomyces参与丁酸代谢。真菌中参与愈创木酚和4-乙烯基愈创木酚生物合成的类群主要分布在丝衣霉属和曲霉属。基于相关性分析结果推测大曲发酵早期的高酸高温环境主要是由乳酸杆菌属和横梗霉属的分解代谢活动造成的，而这一逆性环境有助于大曲微生物群落有效的自我净化。进一步对白酒酿造过程菌群结构和演替规律进行分析，发现大曲优势微生物类群（如明串珠菌、嗜热子囊菌及嗜热真菌等）主要作用于酿酒过程的前期，而其中低丰度微生物是酿酒过程后期优势微生物的重要组成部分，如耐酸乳杆菌（Lactobacillus acetotolerans）和Kazachstania在发酵中后期丰度占比超过50%。
图1 大曲发酵底物降解和风味产生相关酶基因及贡献物种丰度变化规律
图2 大曲菌群在白酒酿造中的功能研究思路
许正宏教授为论文通讯作者，生物工程学院2019级博士生杨阳、博士后肖辰分别为论文的第一作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金(31901117, 31771967)和轻工业技术与工程国家级一级学科项目(LITE2018-11)的资助。
