基于多组学技术的黑糯米酒风味品质形成机理研究

Black glutinous rice wine, made from black glutinous rice, is fermented by bacteria and fungi and regarded as "liquid cake". The traditional black glutinous rice wine is sweet and alcoholic with rich bouquet. Fermentation technology with pure-cultured starters is adopted to shorten the fermentation time and increase alcohol output rate. However, this approach usually results in subtle flavor and single quality. In this study, the best starter will be screened on the basis of the flavor in traditional black glutinous rice wine, and the microbial diversity will be analyzed by high-throughput sequencing technology. The flavor including organic acids, amino acids and volatile flavor will be traced by metabonomics druing fermentation stage. The dynamic change and succession of microbial community will be compared by metagenomics. Finally, multi-Omics integrated with SIMCA, R and Cytoscape software will be used to identify functional strains and analyze the main biochemical pathway for the formation of black glutinous rice wine flavor. The association mapping of functional genes, characteristic flavor compounds and core functional microorganisms will be established and the flavor formation mechanism will be interpreted, which can provide scientific basis for improving the flavor quality of black glutinous wine.

黑糯米酒是以黑糯米为原料，经细菌、真菌等微生物共同作用酿造而成的发酵酒，被誉为“液体蛋糕”。黑糯米酒传统生产利用生态富集微生物制曲酿酒，酒体甘甜醇和、酒香浓郁。为缩短生产周期和提高酒度，采用纯种曲发酵，但酒体风味不丰满，品质单一。研究拟对传统黑糯米酒进行风味品质评价，确定优良酒曲，并通过高通量测序技术剖析其微生物多样性；基于代谢组学技术跟踪黑糯米酒酿造典型阶段风味品质（有机酸、氨基酸以及挥发性风味物质）动态变化；通过宏基因组学技术分析黑糯米酒酿造典型阶段中微生物群落的动态变化以及演替规律，集成多组学技术，运用SIMCA、R以及Cytoscape软件分析发掘其功能菌株，进一步剖析黑糯米酒风味形成的主要生化途径，构建功能基因、特征风味化合物、核心功能微生物的关联图谱，诠释其风味形成机理，为改善黑糯酒风味品质提供科学依据。

项目针对黑糯米酒风味品质形成机理开展研究，通过高通量测序技术剖析传统黑糯米酒曲微生物多样性，酒曲中检出8个细菌门，19个细菌属，3个真菌门，4个真菌属；传统黑糯米酒中鉴定出52种挥发性风味物质，确定了10个香气指标、7个口感指标、6个滋味指标的感官特征语言库，构建其风味轮廓及其评价方法；基于代谢组学技术跟踪黑糯米酒酿造典型阶段风味组分（有机酸、氨基酸以及挥发性风味物质）动态变化；并通过宏基因组学技术分析阶段中微生物群落的动态变化以及演替规律。传统和强化发酵黑糯米酒酿造过程中的微生物群落结构鉴定出4个细菌门，10个优势细菌属和4个真菌门，10个核心真菌属。微生物群的功能注释揭示了与碳水化合物代谢、辅助因子和维生素以及氨基酸代谢的主要联系，共鉴定出39 种重要显著差异代谢物（ISDMs）参与 47 种代谢途径。Spearman 相关性分析表明：曲霉属、酵母菌属、乳酸菌属、醋杆菌属、魏斯氏菌属、泛菌属、Desmospora 和芽孢杆菌属与理化指标和 ISDMs 的产生密切相关。酒曲的代谢网络主要以碳水化合物代谢和三羧酸循环（TCA）为中心，用于分解底物形成 ISDMs。传统和强化发酵筛选出36 个显著差异挥发性代谢物和 48 个显著差异非挥发性代谢物。通路表明 “黄酮和黄酮醇的生物合成”、“甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢”、“硫代谢”、“缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解”、“乙醛酸和二羧酸代谢”和“角质、海底碱和蜡的生物合成”为关键代谢途径。预测了黑糯米酒中 ISDMs 的网络途径，确定了微生物注释的相关酶，构建了ISDMs的形成网络。运用SIMCA、R以及Cytoscape软件分析发掘其功能微生物，进一步剖析黑糯米酒风味形成的主要生化途径，构建功能基因、特征风味化合物、核心功能微生物的关联图谱，诠释其风味形成机理，为黑糯酒风味品质控制提供科学思路。