不同工艺绍兴酒麦曲微生物菌群多样性分析.pdf
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1、2023 Vol.42 No.8140Serial No.378China BrewingResearch Report不同工艺绍兴酒麦曲微生物菌群多样性分析葛松涛1-2 孙国昌”,寿泉洪12,韩文凤1-2,毛青钟3,胡梦莎3,沙如意2.4*,王珍珍2.4,胡普信12,毛建卫1.2(1.浙江工业职业技术学院黄酒学院,浙江绍兴312 0 0 0;2.浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室,浙江杭州310 0 2 3;3.会稽山绍兴酒股份有限公司,浙江绍兴312 0 30;4.浙江科技学院生物与化学工程学院,浙江杭州310 0 2 3)摘要:为研究不同培养环境、制曲工序、地理方位对绍兴酒麦曲微生
2、物群落结构和多样性的影响,采用高通量测序技术对6 种不同工艺绍兴酒麦曲样品的微生物菌群多样性进行分析。结果表明,从6 种绍兴酒麦曲样品中共注释到30 个细菌属和43个真菌属,其中共有的优势细菌属为糖多孢菌属(Saccharopolyspora)(6 9.16%)和芽孢杆菌属(Bacillus)(10.90%);共有的优势真菌属为根毛霉属(Rhi-zomucor)(50.37%)、曲霉属(Aspergillus)(2 8.32%)、横梗霉属(Lichtheimia)(12.6 6%)、镰刀菌属(Fusarium)(3.6 4%)。高温放线菌属(T h e r m o a c t i n o m
3、y c e s)(4.8 1%)和伊萨琴基亚(Issatchenkia)(1.43%)仅在西路箱式麦曲样品中为优势菌属。综合无度量多维标定法(NMDS)和线性判别分析效应大小(LEfSe)分析发现,西路箱式麦曲样品与其他绍兴酒麦曲样品间细菌群落结构差异主要由优势菌群相对丰度的差别所致,真菌菌群结构差异主要由差异菌群复膜孢酵母科(Saccharomycopsidaceae)微生物所致。研究表明,培养环境对绍兴酒麦曲的微生物多样性影响较大,而制曲工序与市域内的地理方位对绍兴酒麦曲的微生物多样性影响较小。关键词:绍兴酒麦曲;高通量测序;微生物菌群多样性;群落结构中图分类号:TS261.1引文格式:葛
4、松涛,孙国昌,寿泉洪,等.不同工艺绍兴酒麦曲微生物菌群多样性分析.中国酿造,2 0 2 3,42(8:140-146.Microbial diversity analysis of Shaoxing Huangjiu wheat Qu with different processesGE Songtaol2,SUN Guochang,SHOU Quanhong*,HAN Wenfeng,MAO Qingzhong,HU Mengsha,SHA Ruyi*,(1.Huangjiu College,Zhejiang Industry Polytechnic College,Shaoxing 312
5、000,China;2.Zhejiang Provincial Key Lab For Chem&BioProcessing Technology of Farm Product,Hangzhou 310023,China;3.Kuaijishan Shaoxing Rice Wine Co.,Ltd.,Shaoxing 312030,China;4.School of Biological&Chemical Engineering,Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou 310023,China)Abstract:In o
6、rder to study the effects of different culture environment,Qu-making process and geographical orientation on the microbial communitystructure and diversity of Shaoxing Huangjiu wheat Qu,the microbial diversity of 6 kinds of Shaoxing Huangjiu wheat Qu samples with different pro-cess were analyzed by
7、high-throughput sequencing technology.The results showed that a total of 30 bacterial genera and 43 fungal genera were iden-tified from 6 types of Shaoxing Huangjiu wheat Qu samples.Among them,the common dominant bacterial genera were Saccharopolyspora(69.16%)and Bacillus(10.90%).The common dominant
8、 fungal genera were Rhizomucor(50.37%),Aspergillus(28.32%),Lichtheimia(12.66%)and Fusarium(3.64%).Thermoactinomyces(4.81%)and Issatchenkiawas(1.43%)were the dominant genera only found in Xilu Box wheat Qu samples.The non-metric multidimensional scaling(NMDS)and linear discriminant analysis effect si
9、ze(LEfSe)analysis revealed that the difference in bacterial commu-nity structure between Xilu Box wheat Qu samples and other Shaoxing Huangjiu wheat Qu samples was mainly caused by the difference in relativeabundance of dominant community,and the difference of fungal community was mainly caused by S
10、accharomycopsidaceae.The results showed thatthe culture environment had a great influence on the microbial diversity of Shaoxing Huangjiu wheat Qu,while Qu-making process and the geograph-ical locations in the city had little influence on the microbial diversity of Shaoxing Huangjiu wheat Qu.Key wor
11、ds:Shaoxing Huangjiu wheat Qu;high-throughput sequencing;microbial diversity;community structure黄酒为中国所独有的世界三大发酵古酒之一,以稻米、黍米等为主要原料,经麦曲等糖化发酵剂酿制而成,具有众多保健功效。我国黄酒的品种很多,主要分布在江浙沪区域,但其中以浙江的绍兴酒最具有代表性。传统绍兴酒酿造过程为开放式发酵,因此环境中的微生物与主要酿造微生物均影响黄酒风味物质的形成3。但收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 4修回日期:2 0 2 3-0 6-2 6基金项目:高等学校国内访问工程师“校企合作项
12、目”(FG2022,206);浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室开放基金项目(2 0 2 1KFJJ001)作者简介:葛松涛(198 5-),男,讲师,硕士,研究方向为微生物发酵调控与黄酒新产品开发。*通讯作者:沙如意(198 2-),男,副教授,博士,研究方向为生物发酵、食品生物技术。文章编号:0 2 54-50 7 1(2 0 2 3)0 8-0 140-0 7WANG Zhenzhen2,HU Puxin2,MAO Jianweil-?doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2023.08.023作为黄酒酿造过程中糖化剂与产香剂的绍兴酒麦曲,因富含霉菌、酵母、细
13、菌等多种微生物,且在酿造的不同阶段发挥重要作用5,故被称为“酒之骨 6 。绍兴酒企多采用生麦曲投料,绍兴酒麦曲按照麦曲制作工序可分为手工麦曲和机制麦曲;按照市域内的地理方位可分为东路和西路,以及不属于这两路的中路;按照培养环境可分为开放9和2023年第42 卷第8 期中国酿造研究报告封闭(箱式)麦曲10 。手工和机制麦曲,系草包曲的基础上发展而来,将小麦破碎后开放式生产而得,故同属于开放培养绍兴酒麦曲。毛青钟10 研究开发了黄酒酿造和生麦曲制作自动化控制系统,实现了封闭(箱式)麦曲的生产。受培养环境、制作工序、地理方位等因素的影响,绍兴不同工艺的绍兴酒麦曲品质具有一定差异性,导致黄酒酿造中存在
14、质量不稳定,因此,有必要对绍兴酒麦曲中的微生物群落结构进行分析研究。目前,关于绍兴酒麦曲的研究主要集中在麦曲工艺的优化!,以及绍兴酒麦曲不同种类或者用量对黄酒品质的影响12 等方面,也有利用组学技术研究绍兴酒麦曲中的微生物与代谢物的相关性13。随着生物信息学等技术的发展,16SrDNA基因测序等技术被越来越多地应用于样品中较为复杂的微生物菌群分析14。如吴树坤等15 利用高通量测序技术分析四川浓香型大曲微生物群落结构差异,LIUSP等16 研究绍兴机械化黄酒酿造中的菌群结构,周志立17 研究绍兴酒麦曲的微生物群落演替等。但关于不同工艺绍兴酒麦曲的微生物多样性分析比较研究还鲜见报道。本研究采用I
15、lluminaMiseq高通量测序技术对6 种不同工艺的绍兴酒麦曲微生物菌群多样性进行分析,比较封闭与开放的培养环境因素、手工与机制的制作工序因素、东中西路的市域内地理方位因素对绍兴酒麦曲微生物群落结构的影响,旨在揭示不同工艺绍兴酒麦曲的微生物组成异同,为优化绍兴酒的酿造提供理论参考。1材料与方法1.1材料与试剂1.1.1 材料从绍兴地区东路、中路、西路共收集6 种绍兴酒麦曲,分别为东路机制(DLJZ)、东路手工(DLSG)、中路机制(ZLJZ)、中路手工(ZLSG)、西路手工(XLSG)、西路箱式(XLXS14)。除西路箱式为封闭培养外,其余5种麦曲皆为开放培养。6 种绍兴酒麦曲的采集时间为
16、2 0 2 2 年10 月,所有样品经无菌密封后放入-8 0 超低温冰箱保藏备用。1.1.2 试剂PowerSoil脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)IsolationKit:美国MoBIO公司;凝胶回收试剂盒:德国Qiagen公司;聚合酶链式反应(polymerase chainreaction,PCR)样品制备试剂盒:美国illumina公司;高保真PCR混合液:美国NEB公司;AmpureXP磁珠:美国BeckmanCoulter公司。其他试剂均为国产分析纯。1.2仪器与设备IluminaMiseq测序仪:美国Ilumina公司;Bioanalyzer210
17、0生物分析仪:美国Agilent公司;NanoDrop2000超微量分光光度计、Qubit2.0荧光定量仪:美国ThermoScientific公司;542 5FA型离心机:德国Eppendorf公司;GeneAmpB总第37 8 期9700PCR仪:美国ABI公司;DYCP-35型凝胶电泳仪:北京六一生物科技有限公司。1.3实验方法1.3.1绍兴酒麦曲样品微生物基因组DNA提取采用五点取样法对6 种绍兴酒麦曲样品进行取样,称取0.2 5g样品,参照PowerSoil?DNAIsolationKit说明书对样品中微生物基因组DNA进行提取,使用NanoDrop2000测定浓度并检验受蛋白质等污
18、染程度,之后用1%琼脂糖凝胶电泳对DNA的浓度和纯度进行检测。1.3.2绍兴酒麦曲样品微生物菌群的IluminaMiseq高通量测序取适量的基因组DNA为模板,以带有标签Barcode(条码)的341F(5-A CT CCT A CG G G A G G CA G CA G-3)、8 0 5R(5-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3)为引物对细菌菌群的V3-V4区域基因序列进行PCR扩增。以ITS1F(5-TCCG-TAGGTGAACCTGCGG-3)和ITS1R(5-GCTGCGTTCTT-CATCGATGC-3)为引物对真菌ITS区域基因序列进行PCR扩增。PCR扩增体系(50
19、L):D NA 10 n g,引物各1L,2x高保真PCR混合液2 5L,无核酸酶水定容至50 L。PCR 扩增条件:95预变性5min;95变性30 s,58 退火30 s,72延伸30 s,共进行35个循环;最后7 2 延伸5minl8。PC R扩增产物用1%琼脂糖凝胶电泳进行纯化回收,纯化后扩增产物委托浙江天科高新技术发展有限公司完成建库和IluminaMiseq高通量测序19。1.3.3数据处理及分析使用浙江天科高新技术发展有限公司的分析平台开展生物信息学分析,原始数据使用Uparse软件,根据序列相似度 97%进行操作分类单元(operational taxonomic unitsO
20、TUs)聚类,利用核糖体数据库项目(ribosomaldatabaseproject,RDP)classifier对每条序列进行物种分类注释,比对Silva数据库(SSU123),设置比对阈值为90%。基于OTU聚类分析,使用Qiime软件(Version1.9.1)对样品Alpha及Beta多样性进行分析。1.3.4数据处理使用SPSS26.0软件对数据进行分析,结果用“平均值标准差”表示,组间均数比较采用单因素方差分析。2结果与分析2.1绍兴酒麦曲样品中细菌菌群多样性分析2.1.1细菌菌群稀释曲线分析稀释曲线是常见的描述组内样品多样性的曲线。稀释曲线可直接反映测序数据量的合理性,并间接反映
21、样品中物种的丰富程度,当曲线趋向平坦时,说明测序数据量渐进合理,更多的数据量只会产生少量新的物种2 0 。6 种绍兴酒麦曲样品中细菌菌群的稀释曲线见图1。1412023 Vol.42 No.8142Serial No.3783012010002000400060008000序列数/条图16 种绍兴酒麦曲样品中细菌菌群的稀释曲线Fig.1 Rarefaction curves of bacterial flora in 6 kinds of ShaoxingHuangjiuwheat Qu samples由图1可知,随着测序深度的增加,OTUs数随之增加,同时稀释曲线趋于平缓,因此,虽随着测序量
22、的增加有可能会发现新的细菌,但样品细菌多样性趋于稳定,说明测序量足够合理2 1。所以,本研究细菌的测序量满足后续的生信分析要求。Table 1 Results of bacterial community sequencing and Alpha diversity analysis of 6 kinds of Shaoxing Huangjiu wheat Qu samples麦曲样品覆盖率/%DLJZ30479.332632.81DLSG29 400.671 174.04ZLJZ28 619.6720.55ZLSG31853.00226.80XLSG29759.332233.26XLXS1
23、430 418.331 031.112.1.3细菌群落组成分析基于属水平,6 种绍兴酒麦曲样品中细菌菌群结构见图2。10075%50250DLJZDLSGOthers表示相对丰度 1%)为糖多孢菌属(Saccharopolyspora)(57.45%)、芽孢杆菌属(Bacillus)(1.92%)、泛生菌属(Pan-toea)(7.0 9%)、葡萄球菌属(Staphylococcus)(2 7.19%)、肠杆菌属(Enterobacter)(1.8 3%)和假单胞菌属(Pseudomonas)(1.53%)。东路手工麦曲样品(DLSG)中的优势细菌属为糖多孢菌属(8 5.2 4%)、芽孢杆菌属
24、(2.12%)、泛生菌属(7.82%)和葡萄球菌属(2.6 3%)。中路机制麦曲样品(ZLJZ)中的优势细菌属为糖多孢菌属(8 4.2 4%)、芽孢杆菌属(8.05%)、葡萄球菌属(1.8 8%)和链霉菌属(Streptomyces)(4.53%)。中路手工麦曲样品(ZLSG)中的优势细菌属为糖多孢菌属(54.15%)、芽孢杆菌属(2 3.7 8%)、泛生菌属(13.0 4%)、葡萄球菌属(1.34%)、肠杆菌属(1.35%)和假单胞菌属(2.16%)。西路手工麦曲样品(XLSG)中的优势细菌属为糖多孢菌属(6 6.6 1%)、芽孢杆菌属(7.7 3%)、泛生菌属(9.95%)、葡萄球菌属(1
25、.56%)、肠杆菌属(9.96%)和假单胞菌属(1.6 3%)。西路箱式麦曲样品(XLXS14)中的优势细菌属为糖多孢菌属(6 7.2 6%)、芽孢杆菌属(2 1.7 8%)、链霉99.920.0299.950.0299.920.0299.910.0699.930.0199.950.022023年第42 卷第8 期中国酿造研究报告菌属(1.2 0%)、高温放线菌属(Thermoactinomyces)(4.8 1%)。糖多孢菌属和芽孢杆菌属为6 种绍兴酒麦曲样品中共有的优势细菌属,平均相对丰度分别为6 9.16%和10.90%,而高温放线菌属仅在西路箱式麦曲样品中为优势细菌属。对绍兴酒麦曲的细
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