一個長達六年的校企產學研合作項目，終于告一段落。

3月20日是個無可替代的時間節(jié)點。這個很可能重塑了白酒產業(yè)底層科技的重大項目，正式接受檢驗，成敗終有定論。

見|尋“微”之旅路轉溪橋忽見

于釀酒行業(yè)而言，得微生物者得天下。

此刻，茅臺站到了全球釀酒微生物研究的最前排。

在醬香型酒的釀造過程中，肩負著發(fā)酵產醇、產酯生香功能的微生物——酵母菌，一直是行業(yè)研究熱點。

回到2016年10月，貴州茅臺酒股份有限公司與中國科學院微生物研究所合作，開展《茅臺酒釀造過程酵母菌全程解析與資源挖掘》項目。

項目由茅臺集團副總經理、總工程師、首席質量官王莉與中國科學院微生物研究所研究員、中國科學院大學教授、博士生導師白逢彥領銜，13位團隊成員參與實施。

王莉，先后主導構建完善了釀造過程與產品相關的檢測體系，組織對釀造微生物與工藝、風味與品質研究、新產品開發(fā)三個領域展開白酒釀造全面研究，以風味化學思路引導醬香型白酒科研工作，將醬香型白酒酒體研究從單純的微量成分分析全面推進到風味研究時代。

白逢彥，建成了國內最大的酵母菌資源庫和遺傳多樣性全球最高的釀酒酵母資源庫；重建了酵母菌重要類群的分類系統(tǒng)，為酵母菌的生物多樣性研究和分類鑒定制定了新的規(guī)范和標準；確立了釀酒酵母的中國/東亞起源說和拉格啤酒酵母的青藏高原起源說。

六年后，2022年2月，項目結題。

這場針對酵母菌的耗時日久的研究，一次又一次讓業(yè)界驚訝：六年間共申請國家發(fā)明專利5項（已授權4項）；在國內外權威期刊發(fā)表論文8篇，SCI收錄5篇，其中1篇被釀酒領域專業(yè)期刊Journal of the Institute of Brewing（《釀造研究院學報》）評為2019-2020年高被引論文。

3月20日，中國輕工業(yè)聯(lián)合會組織專家組對《茅臺酒釀造過程酵母菌全程解析與資源挖掘》成果進行鑒定。

由中國工程院院士吳豐昌、陳堅和中國酒業(yè)協(xié)會理事長宋書玉帶隊的鑒定委員會一致認為：項目成果達到國際領先水平，建議進一步擴大推廣與應用。

話音剛落，一片掌聲激蕩，有人眼角濕潤。

實際上，茅臺對酵母菌的研究，早在上世紀六十年代便拉開序幕。

1964年，國家輕工業(yè)部組織工作組入駐茅臺，開展兩期“茅臺酒試點”工作，其中就有關于酵母菌的篩選與“中草藥對酒精酵母的影響”研究。

微生物，種類繁多、數目龐大，混居于生態(tài)系統(tǒng)中。2到3個成年人的腸道微生物，把它們挨個兒拼接起來，可以搭一座從地球到月球的橋。

更別說茅臺酒廠，廣泛存在于制曲、堆積、窖池、晾堂等釀造環(huán)境中、甚至是空氣里都擁擠著的微生物。

陳良強，茅臺科學與技術研究院釀造微生物中心主任，也是《茅臺酒釀造過程酵母菌全程解析與資源挖掘》項目組成員之一。他對此前的研究困境有個形象的比喻，“巧婦難為無米之炊”。

以傳統(tǒng)的鑒定技術，酵母菌的研究要歷經重重難關：分離、純化、培養(yǎng)、鑒定——先從“混居”群體中分離出單個微生物，對它們進行培養(yǎng)，獲得純度高、數量多的樣品后，再進行形態(tài)鑒定，或者是利用已知的特征分子身份，對它們進行識別。

然而，傳統(tǒng)鑒定手段從茅臺發(fā)酵物中分離出來的微生物，實際上不足2%；大部分微生物生活在較為嚴苛的環(huán)境中，人工模擬條件無法對它們進行“養(yǎng)活”。

養(yǎng)|它們竟然愛喝“配方奶”

能“養(yǎng)活”進而被鑒定的微生物，少之又少——這就是陳良強說的“無米”。

高通量測序技術，成為酵母菌研究的“拐點”。

科研團隊直接從原生環(huán)境中獲取含有總體微生物的混合樣品，運用高通量測序的方式，即可獲得所有微生物的基因數據；使用生物信息，對應到不同的微生物上，樣品中有哪些微生物，一目了然。

茅臺酒釀造過程中異常豐富的菌群江湖，像一幅久藏深閨的名畫，忽然現(xiàn)身于世人眼前，美輪美奐。

與中科院微生物研究所攜手走過的六年里，茅臺對原生生境獲取的菌株進行高通量測序，挖掘到95%和白酒釀造相關的酵母，共獲得酵母菌3168株。經分子生物學鑒定，這些菌株歸屬于20個屬41個種，遠超于已有白酒文獻所報道的25種，實現(xiàn)了酵母菌資源分離數量多的突破。

科研人員據此建立起發(fā)酵體系菌譜鑒定的方法，并構建了發(fā)酵菌群的菌譜。

接下來的挑戰(zhàn)更加動人心魄，要將這些簇擁在一起的小家伙，分離、純化、培養(yǎng)、保存，看清那一張張靈氣十足的面孔，如同將《清明上河圖》的煙火人間，分離成許許多多高清人物肖像。

這是從大寫意到大寫實的超級轉換。

畢赤酵母，是第一株從混合菌群里分離得到的酵母。分離之后的培養(yǎng)，花費了科研團隊很大一番心血。

常規(guī)的人工合成培養(yǎng)基，在多次的培養(yǎng)實驗后，均以失敗告終。

某一天，一瞬間的閃動、觸發(fā)，靈感來了，畢赤酵母菌來自于酒醅，要讓它存活，或許也需要來點“酒”。他們通過設置、模擬、研究實際生產條件，優(yōu)化培養(yǎng)基，盡量地模擬畢赤酵母的“鄉(xiāng)愁”。

“這是一個不斷試錯的過程。”陳良強說，進行溫度梯度設置，加入浸提液的濃度、方式，使用不同輪次的酒糟混合等等，總歸就是要盡可能地接近真實。

酵母菌活體菌株終于出現(xiàn)在顯微鏡下的視野里。

得到的活體菌株，需要保存。“就像種子一樣，讓它們處于休眠狀態(tài)，放一年、三年，甚至更久，拿出來活化后，還能繼續(xù)生長?！标惲紡娬f。

此前，菌種冷凍保藏常出現(xiàn)菌株活化率低，甚至無法活化等問題。

這些“野”慣了的小家伙，在人的世界里，其實脆弱無比。

呵護“種子”命運的是保護劑。此次合作，其中一項內容便是基于微生物組學與培養(yǎng)組學聯(lián)用，構建醬香型白酒釀造過程中特殊生境可培養(yǎng)微生物篩選與保藏技術體系。

神奇的是，科研團隊發(fā)現(xiàn)這些小家伙也喜歡“喝奶”。

在查閱文獻后，團隊結合經驗，決定試用脫脂乳粉與海藻糖作為冷凍保藏過程的保護劑，探究在20%甘油冷凍保藏的基礎上保護劑添加對酵母菌存活率的影響。

但脫脂乳粉、海藻糖究竟應該以什么樣的比例與 20%的甘油混合，這又是一輪枯燥漫長的試錯，從成百上千的實驗中，去找到那唯一的答案。

結論是：在20%的甘油中，復合添加5%的脫脂乳粉與5%的海藻糖，能夠更好的保證酵母菌在冷凍保藏過程中的存活率。

這是獨屬于它們的“配方奶”。

酵母菌“吃”上了新型保護劑，庫氏畢赤酵母存活率達79%，盔形畢赤酵母存活率82%，釀酒酵母存活率88%，酒香酵母存活率78%……本次研究所獲取的3168株酵母，在這一保護劑中存活率達70%以上，刷新了酵母菌的保藏存活率。

這一實驗成果——《一種酒醅中酵母菌分離培養(yǎng)基及其制備方法》獲得國家專利。

這一突破，為研究茅臺酒釀造過程中酵母菌的功能特性，積累了充分的“原材料”，也為其他香型白酒釀造微生物資源的挖掘提供了借鑒。

奇| 這個酵母家族有“不老”之術

此次研究，科研人員充分探索了茅臺酒釀造過程中酵母菌的功能，“就是要弄清楚這些酵母菌在釀造茅臺酒時，宏觀表象背后的機理?！标惲紡娬f。

茅臺酒釀制，料堆在晾堂堆積發(fā)酵時，制酒工人會將料堆表面是否出現(xiàn)“白層”作為入窖依據。

“他們把‘白層’形象稱作‘螞蟻蛋’，前期輪次酒釀造時，‘螞蟻蛋’生長速度快于后期輪次酒”，科研團隊認為，這是發(fā)酵過程中值得研究的重要時刻。

取樣研究后發(fā)現(xiàn)，“螞蟻蛋”實際上是海量的畢赤酵母堆積。“畢赤酵母喜歡氧氣。在茅臺酒前期輪次的時候，高粱蒸得還沒那么糊，空隙比較大，料堆含氧量大，因而畢赤酵母生長速度快。”

除二輪次酒外，一、三、四、五輪次酒醅樣品中，均以畢赤屬酵母數量最多。

此外，科研團隊將畢赤酵母放在不同的溫度、酸度下進行培養(yǎng)。在培養(yǎng)過程中，總會散發(fā)出濃郁的糧食的香氣，檢測發(fā)現(xiàn)是乙酯類物質。

將研究結果與生產現(xiàn)象對應起來，畢赤酵母的“本領”也一清二楚：畢赤酵母產生的乙酯類物質，是茅臺輪次酒糧香的來源。

茅臺科研者通過原位仿生培養(yǎng)技術，模擬茅臺酒釀造環(huán)境，設置不同釀造條件，選取相對豐度占比前10的畢赤酵母、釀酒酵母、假絲酵母等共計202株，進行代謝產風味特性解析，發(fā)現(xiàn)酵母類微生物不僅決定了茅臺酒的產量，也在茅臺酒風味形成過程中起到重要作用。

茅臺釀酒酵母的功能解析之外，科研人員還進行了一項頗有意思的研究，從“時、空”兩個維度，解析茅臺釀酒酵母獨特之處，從而解開茅臺酒不可復制的秘密。

空間維度——科研團隊將來自茅臺釀造過程、野生環(huán)境、茅臺鎮(zhèn)其他酒廠及清香型、濃香型、青稞酒等其他香型的釀酒酵母進行解析，發(fā)現(xiàn)在構建的系統(tǒng)進化樹中，茅臺酒釀酒酵母形成獨立分支，與其它來源的釀酒酵母存在明顯差異，證明茅臺酒廠酒醅中釀酒酵母具有獨特性。

時間維度——茅臺科研者將1963年茅臺“兩期試點”期間保存的酵母菌株和今天的酵母菌株分別進行了全基因組水平測序，并對它們的代謝產物進行了對比。六十年過去，茅臺酒釀酒酵母在基因組層面相似度仍達99.81%，今天的這個“它”依舊保持著“青春”的模樣。

不僅如此，代謝產物的分析結果還發(fā)現(xiàn)，如今的酵母在風味物質代謝方面更為豐富。

這說明，茅臺酒釀造過程微生物種類、數量與活力，一直保持穩(wěn)定狀態(tài)，從而保障了茅臺酒發(fā)酵的不偏不差。

至此，科研團隊在發(fā)酵微生物“菌落江湖”的基礎上，摸清了貢獻者們的脾氣秉性，證明了茅臺酒長期釀造活動對釀酒酵母類群能夠產生差異性馴化，佐證了茅臺酒核心產區(qū)無法復制的科學性。

嘆|它們是自帶“春風”的珍寶

1906年，日本化學家本滿丸在鯊魚的肝臟里發(fā)現(xiàn)一種有機化合物——角鯊烯，學名三十碳六烯。

它具有類似紅細胞的攜氧功能，相當于一個“增氧機”，具有增強機體免疫能力、抗衰老、抗疲勞、抗腫瘤等多種生物功能，被廣泛應用在食品、化妝品、保健品等領域。

有前期研究表明，茅臺酒釀造過程中，可能存在具有合成角鯊烯能力的微生物。

此次研究，科研人員通過對釀造核心功能微生物的合成代謝途徑及關鍵基因解析，挖掘了粟酒裂殖酵母具有產角鯊烯的代謝潛能，酒醅中的乙酸是可能促進茅臺酒中角鯊烯合成的重要條件，實現(xiàn)了基于生物信息學的微生物功能預測。

此次研究還發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母、異常威克漢姆酵母、粟酒裂殖酵母產醇類物質含量高于其他種類酵母菌，庫氏畢赤酵母、異常威克漢姆酵母、拜耳接合酵母產酯類物質含量高于其他種類酵母，而庫氏畢赤酵母、盔形畢赤酵母、異常威克漢姆酵母產酸類物質含量高于其他種類酵母。

研究發(fā)現(xiàn)，只要葡萄糖存在，庫氏畢赤酵母除了可以產生大量的醇外，同時也為茅臺酒獨有的風味貢獻了更多的酯類物質……

研究是為了更好地指導生產。隨著茅臺酒釀造微生物的面容逐漸清晰，茅臺的科研者們掌握其功能特性、代謝機制等，通過不斷的工藝調控試驗摸索他們的脾氣，引導其以更精準、更高效的方式服務茅臺酒的釀造。

為了盡可能滿足微生物菌群的生長條件，摸索試驗在發(fā)酵池就地開展，驗證了粟酒裂殖酵母、畢赤酵母等4株功能酵母菌，在高酸、高溫等條件下的正常產醇機理，通過定向干預、翻堆等調控措施，優(yōu)化并提升了堆積過程產酒酵母菌群結構，實現(xiàn)了基酒的優(yōu)質穩(wěn)產。近五年來，茅臺酒第三輪次酒，平均班產提升4噸多，醬香占比提高超過4個百分點。

“酵母菌是一個寶庫，我們正在挖掘其在茅臺酒之外的延伸應用?！标惲紡娬f。

茅臺酒糟堆肥便是茅臺釀酒酵母菌大顯身手的場景之一。

酒糟，釀酒行業(yè)的主要副產物，大量的釀酒原料在發(fā)酵過程中未被完全利用，含蛋白質、脂肪和氨基酸等成分，具有很高的利用價值。

距離茅臺集團60公里外，遵義市播州區(qū)鴨溪鎮(zhèn)，茅臺集團出資建設了茅臺生態(tài)循環(huán)經濟產業(yè)示范園。茅臺的酒糟在這里被加工成有機肥。

其他原料制作有機堆肥時，需要額外添加菌種，使有機物降解，同時達到升溫、除臭、消除病蟲害、提高養(yǎng)分的目的。

茅臺酒糟堆肥，無需預處理、無需添加功能菌劑。茅臺科研人員將本次研究中發(fā)現(xiàn)的耐高溫酵母，與其他功能性微生物進行復配應用，促進了丟糟有機肥堆肥升溫腐熟，縮短堆肥發(fā)酵周期，降低氮素損失率，提高纖維素降解率，有效地提高了堆肥發(fā)酵速率及有機肥品質。

“使用純茅臺酒糟生物發(fā)酵制成的有機肥，營養(yǎng)成分全面，重金屬、農殘指標低，有機質含量高達75%以上，遠超40%的國家標準，回到土壤里能夠被植物充分吸收，有效改善土壤結構，避免板結、硬化?！辟F州茅臺酒廠（集團）循環(huán)經濟產業(yè)投資開發(fā)有限公司黨委書記、董事長周小農介紹。

目前，茅臺已建成年處理12萬噸酒糟的有機肥生產線，每年可節(jié)約酒糟處理成本2400萬元，年均凈利潤770多萬元。茅臺的酒糟堆肥，除了保障茅臺高粱用肥之外，還為遵義市的茶葉、辣椒基地提供肥料保障。

此外，科研人員對此次研究發(fā)現(xiàn)的酵母菌株進行復配，應用到葡萄酒、藍莓酒釀造體系中，提升葡萄酒、藍莓酒中醇、酸、酯、醛類物質種類與含量，促進發(fā)酵酒體花香、水果香的風味體現(xiàn)。

這場持續(xù)六年的研究，推動了白酒釀造領域微生物資源的挖掘、特征性物質代謝機理解析、靶向調控及微生物資源產業(yè)化應用的研究進度，對深入解析白酒釀造機制，實現(xiàn)可控發(fā)酵起到了典型示范作用。

隨著研究的不斷深入和推廣應用，《茅臺酒釀造過程酵母菌全程解析與資源挖掘》的成果將在白酒行業(yè)，乃至于整個傳統(tǒng)釀造領域的生產、質量等方面發(fā)揮更大的作用，推動傳統(tǒng)釀造產業(yè)的高質量發(fā)展。

《茅臺酒釀造過程酵母菌全程解析與資源挖掘》項目結束，但茅臺對微生物的研究不會止步于此。

陳良強說，“醬香型白酒釀造過程極其復雜，涉及微生物眾多，有一些豐度較低但可能起著重要作用的酵母菌或者其他類群的微生物在高通量測序技術中‘漏網’，后續(xù)需要借助更多先進技術對此類微生物進行全面、系統(tǒng)的研究?！?/p>