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揭密“微生物密码”:从“道”的层面解读茅台传统工法( 二 )


微生物间怎么相处？
在我们常规认知中 ， 微生物间的关系应为两两互作 ， 呈现二维平面的状态 。然而 ， 通过宏基因组学和宏转录组学解析核心功能菌群物种结构 ， 获取的大量生物信息数据经过共发生网络算法建模 ， 发现酿造微生物间互作关系是多维互作 ， 呈现立体拓扑网络结构 。目前 ， 用此研究体系深入解析了茅台酒产醇核心功能菌群、产酸核心功能菌群两大类群内以及两个类群间协作关系 ， 进行了窖底梭菌体系多样性研究 ， 均呈现这样的规律 。
揭密“微生物密码”:从“道”的层面解读茅台传统工法
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茅台酿造微生物间的“智慧相处”示意图
微生物间协作还受到产区、工法、技艺等的影响 。对茅台酿造核心产区、和义兴优势产区和习酒产区环境空气的微生物群落解析发现 ， 茅台酿造产区的微生物结构与另外两个产区显著不同 ， 和义兴产区和习酒产区微生物结构有相似之处 ， 但又存在明显不同 。对茅台酒酿造环境、酿造过程、周边环境以及其他区域的100余株酿酒酵母进行全基因组重要测序和生物信息学分析工作发现 ， 茅台酒酿造环境和酒醅来源的酿酒酵母单独聚成一支 ， 表现出明显的特异性 ， 表明茅台核心产区长期的酿造活动筛选进化出独特的酿酒酵母 ， 为茅台酒的酿造提供了优质酵母资源 。
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茅台酿造酵母的遗传独特性
这些研究结果表明 ， 酿造微生物间以某一核心功能集结而成微生物组 ， 以立体拓扑网络结构进行协作 ， 为达成统一目标而努力 ， 而且参与的功能微生物越多 ， 拓扑结构网络密度越大 ， 表现出更强的抗压能力和更高的恢复能力 ， 目标实现越好 。各个功能微生物组间也以立体拓扑网络结构进行协作 ， 参与的微生物越多样 ， 网络密度越大 ， 柔韧性、抗压性越强 ， 越向有利于发酵质量稳定的一面进行 ， 这正是酿造微生物间的“智慧相处”之道 。微生物结构组成及其稳定性受到所在产区环境 ， 以及所使用的不同传统工法和传统技艺影响 ， 微生物体系的稳定性正是传统工法长期“驯化平衡”的结果 。这是在“知何由以知其所以然”迈出的重要一步 。
这些微生物都起什么作用？
要解析清楚1946种每种微生物的代谢功能是一个宏大的工程 ， 可能需要几代人的努力 。
茅台通过17年的研究积累 ， 8年的科研攻关 ， 先后构建、完善并形成了两个标准化工作流程（SOP） ， 两个SOP的顺利应用 ， 可以让我们清楚的认识到微生态体系中各微生物单体或群体是如何各就其位、各司其职的 。
第一个SOP主要研究和解决的是关键微生物“产什么”的问题 。主要从已建的茅台菌种资源库出发 ， 选择关键功能微生物 ， 应用全基因组测序技术获得单株微生物的生物信息数据资源 ， 再通过多种数据库进行基因功能注释 ， 绘制全局代谢网络 ， 确定特定代谢途径 。当前使用此流程已解析了宛氏拟青霉、东方伊萨酵母等17种39株关键核心微生物的全基因组注释及代谢途径解析 。
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全基因组测序技术的风味溯源体系构建
第二个SOP是基于特征风味导向的溯源调控机制建设 ， 主要研究和解决的是关键风味“谁来产”的问题 。对于特殊风味的基酒 ， 首先应用风味组学确定其主要贡献物质 ， 寻找产生特殊风味的酒醅或者曲胚 ， 分离培养出目标微生物后 ， 应用上一个SOP流程进行代谢途径和机制解析 ， 回答“谁来产”的问题 。用这一SOP ， 完成了水果香、花香、酸香等7种主要风味的微生物溯源和代谢解析 ， 一些重要风味的代谢途径解析 ， 已转化应用为工艺调控措施 ， 在辅助传统工法达到更好工艺控制科学性方面迈出了重要一步 。

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