江南大学徐岩教授团队顶级期刊发表「中国白酒风味定向调控」重要成果- 大数跨境

食品工业科技编辑部

2023-05-15

基于合成微生物群落结构定向调控中国白酒发酵中风味化合物特征

导读

2023年5月13日，江南大学：吴群教授（通讯作者）、徐岩等在中科院农林科学1区 Top期刊Food Microbiology（Q1，IF: 6.374）发表题为“Directionally controlling flavor compound profile based on the structure of synthetic microbial community in Chinese liquor fermentation”的研究性论文。

几千年来，世界各地的人类都在食用发酵食品，它们是日常饮食的重要组成部分。发酵食品的风味化合物是决定消费者偏好的关键因素。它可以作为一个标准来定向调控发酵食品的质量。然而，风味化合物主要由复杂的微生物群落在自然食品发酵中产生。调控食品发酵中的风味化合物仍然具有挑战性。合成微生物群落可以作为特定的发酵剂，开发和控制合成微生物群落是定向调控食品品质的有效途径。

在发酵食品中，风味化合物包括各种酯、酸和醇。这些化合物形成不同的风味化合物谱（包括风味化合物的组成和浓度），决定了发酵食品的品质。由于发酵食品中风味化合物谱的复杂性，很难同时调控所有的风味化合物。最近的工作主要集中在单个风味化合物的调控上，而不是对综合风味化合物谱的调控。面临的挑战是，微生物群落结构对风味化合物谱的影响仍不清楚。因此，迫切需要阐明微生物群落结构与风味化合物谱之间的关系。

中国白酒是由典型的自然发酵产生的，涉及复杂的微生物群落。该研究以中国白酒发酵为例，旨在利用合成微生物群落来定向调控白酒发酵的风味化合物谱。该文确定了80个不同发酵样品中的关键风味化合物，分离出能有效产生关键风味化合物的菌株，并构建了一个具有最小数量菌株的合成微生物群落来产生所有的关键风味化合物。此外，该文还建立了一个数学模型，将合成微生物群落的结构和关键风味化合物谱联系起来。所建立的模型可用于通过控制最小合成微生物群落的结构来定向调控关键风味化合物谱。这项研究提供了一种生产具有所需风味化合物谱的发酵食品的策略。这使得定向调控制发酵食品的品质成为可能。

成果亮点

在中国白酒发酵过程中发现了20种关键的风味化合物。
构建了一个合成微生物群落来发酵生产20种关键的风味化合物。
通过调控合成微生物群落结构对风味化合物谱进行了调控。
构建了连接合成微生物群落结构与风味化合物谱的模型。
该模型可用于调控白酒发酵中的风味化合物谱。

成果介绍

大多数传统的发酵食品是通过自然发酵产生的。要生产出具有理想风味的传统发酵食品是很困难的。该研究以中国白酒发酵为例，旨在通过构建合成微生物群落定向调控食品发酵中的风味化合物谱（决定白酒品质的重要因素）。
在80个中国白酒发酵过程中发现了20种关键风味化合物。六种微生物菌株被鉴定为这些关键风味化合物的高生产者，被用来构建最小的合成微生物群落。该研究建立了一个数学模型，将最小合成微生物群落的结构与这些关键风味化合物谱联系起来。
在该模型中，只需通过输入预期的风味化合物谱（包括关键风味化合物的种类和浓度，兼顾关键风味化合物的量比关系），可获得3个输出项：（1）用于生产预期风味化合物谱的合成微生物群落的最佳结构；（2）采用该最佳结构的合成微生物群落生产的实际风味化合物谱；（3）实际风味化合物谱与预期风味化合物谱的相似度。
该研究采用随机生成的1000组预期风味化合物谱测试模型有效性，实际产生的风味化合物谱与预期风味化合物谱平均相似度达93.66%，其中861组产生的风味化合物谱与预期风味化合物谱相似度高于90%。
综上所示，这项工作提供了一种控制白酒品质的策略，通过模型获得的合成微生物群落结构可实现白酒发酵风味化合物谱（风味化合物种类、浓度与量比关系）的定向调控，该研究为中国白酒的智能制造以及“DIY”白酒生产提供理论与技术基础。