宏蛋白质组学揭示“贵州茅台酿造之魂”——大曲微生物群落的风味奥秘

大曲是白酒酿造工艺中的核心发酵剂，由富含碳水化合物的原料（如大麦、小麦和豌豆）制成，含有复杂微生物群落。丰富的微生物群落和复杂的酶系，将原料中的淀粉和蛋白质转化为糖、酒精以及其他风味物质，对酒的产量、质量和风味有重要影响。然而，不同类型大曲（白色、黄色和黑色）中微生物群落的组成和代谢活动尚不清楚。

2023年1月，复旦大学、贵州茅台等多家单位在Front Microbiol期刊上发表了题为“Quantitative metaproteomics reveals composition and metabolism characteristics of microbial communities in Chinese liquor fermentation starters”的文章。该研究利用宏蛋白质组学等技术分析了不同季节及类型大曲的微生物多样性与代谢活性。结果显示黄色大曲富含关键糖化酶，而黑色大曲在秋季表现出更强的碳水化合物和氨基酸代谢能力。这些发现表明大曲微生物群落可能通过调控与白酒风味形成相关的代谢途径，从而影响酒的品质。

实验设计

从贵州茅台酒厂收集了春季、夏季和秋季生产的白色、黄色和黑色高温大曲共90个样本，每个季节白、黄、黑大曲各10个。将每个季节和类型的10个样本混合成1个混合样品（即总共9个混合样品），对混合样本进行宏基因组测序，建立用于宏蛋白质组学分析的蛋白质序列数据库。使用directDIA对单个样本进行宏蛋白质组学表征。

图1 实验设计

主要结果

01

不同类型大曲和季节之间微生物群落组成差异

定量蛋白质组学分析发现不同类型（白色、黄色、黑色）大曲的微生物群落组成存在显著差异。白色大曲中微生物多样性较高，而黄色和黑色大曲中特定微生物类群的丰度更高。白色大曲显示出更高的微生物多样性和季节稳定性，而黄色和黑色大曲的微生物群落结构在不同季节之间存在显著差异，表明它们对季节变化更为敏感。

图2 大曲样品的宏蛋白质组学分析结果

02

关键微生物酶的量化

研究者量化了与原料降解相关的主要微生物酶，包括淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶。黄色大曲中具有较高丰度的糖化酶（如淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶），表明其在原料降解方面具有更高的潜力，这与其在白酒生产中的主要作用相符合。

图3 大曲糖化过程相关关键酶的定量分析结果

03

季节变化对微生物蛋白质功能特征的影响

在黑色大曲中，研究者发现1,082种蛋白质在不同季节之间的丰度存在显著差异，其中1,057种在秋季丰度较高。这些差异蛋白质主要参与碳水化合物和氨基酸代谢，表明秋季黑色大曲在这些代谢途径中具有更高的潜力。研究者还发现与糖酵解和柠檬酸循环相关的酶在秋季黑色大曲中丰度较高，这可能与提高酒精产量和风味化合物代谢有关。

图4 黑色大曲微生物群不同季节碳水化合物代谢途径相关的差异蛋白质

科技君点睛

这项研究使用宏蛋白质组学技术为理解大曲在白酒生产中的作用提供了新的视角，并为优化发酵过程提供了潜在的靶点。通过揭示不同季节和不同类型大曲中微生物群落的变化，该研究为白酒生产的微生物管理提供了科学依据。

宏蛋白质组是指特定环境下微生物表达的全部蛋白质，如肠道、土壤、活性污泥、水体和食品中微生物表达的所有蛋白质。通过分析并鉴定其种类、活性和功能，以深入了解微生物群落结构。

华大科技宏蛋白质组学产品优势

项目经验丰富，执行样本范围广泛，涵盖水体、藻类、大曲、酒醅、粪便、发酵液和土壤等多种样本类型。

在宏蛋白质组领域，自主或参与发表多篇学术文章。

技术权威有保证，参与全球实验室质评和 DIA 标准共建，参与人类蛋白组计划。

宏蛋白质组学分析结果

基于鉴定结果，完成功能注释分析以及物种分类学分析；基于定量结果，完成不同比较组间差异蛋白的查找，最后进行相应差异富集蛋白的功能和蛋白互作等分析。

图5 宏蛋白质组学分析流程

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供稿：肖玲

编辑：市场部

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