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    1、酵母菌种选育与菌群驯化


    普通性能的酿酒酵母己经满足不了现代的酿酒工业的需求。酿酒酵母未来育种的新方向,必须要求具有良好的乙醇耐受性、较高的生物安全性。微生物育种己经是时下发酵行业潮流。成功选育一株抗逆性较强且能够合理利用多种不同发酵底物的优良酿酒酵母菌株,不仅能够缩短发酵时间、降低发酵成本、提高发酵效率和提高发酵醒酒精度,对提高生产能力和黄酒品质方面也有至关重要的作用。


    在工业微生物育种的发展过程中,人工诱变育种、自然进化育种、杂交育种、代谢途径控制育种等传统工业育种技术,都具有工作量大、育种效率较低、变异方向和性质不易控制、得到目的菌株遗传稳定性差等共同缺点。


    随着分子生物学技术的不断发展和完善,诱变育种技术若与高效筛选技术结合,可以大大提高育种工作效率。酵母酿造性状对酿造过程的决定性影响使得优良酵母的选育成为酿酒技术研究的永恒热点之一。


    菌种多样化为葡萄酒酿造提供极丰富的多样性。目前,仅葡萄酒行业所使用的不同酿造性能酵母菌株就多达500种。而我国黄酒行业所使用的黄酒酵母菌株目前不超过10种,菌种单一成为我国黄酒产业发展的关键。


    优良黄酒酵母的选育成为我国黄酒酿造行业急需解决的难题。酿造性能的差异和工艺操作特点的差异具有极大相关性。不同地域、不同黄酒品种以至于不同档次黄酒的生产均有与之对应的酵母菌种。有针对性结合黄酒酿造工艺,改进与之契合的最佳酿造环境,选育优良菌株,并发挥优势菌群最大生产效率,可以科学指导黄酒生产,保证黄酒质量和安全。


    中科院工业微生物系统生物学创新团队致力于发展工业微生物的现代研究方法体系与工艺、工程,以复杂生物网络研究为基础,整合组学数据,开创了计算机辅助模拟条件下的发酵动力学学科体系,研究工业微生物生命活动的物质基础与过程机制,解析工业微生物的高产抗逆分子基础和代谢瓶颈,进行工业微生物细胞的系统生物技术改造,优化微生物细胞特定代谢途径、代谢网络,设计和创造符合工业化需求的发酵产物的产率与效率,提升生物发酵水平。并已经建立了高通量筛选平台、系统生物技术平台、发酵过程优化与中试平台、工业酶研究平台、合成生物技术平台等先进的技术与装备平台。如图。



    我国黄酒酿造技术拥有5000年以上悠久发展史,但是关于黄酒的科学认知仅有近50年的时间。黄酒酿造技术基础理论研究的不足,困扰着我国黄酒工业生产水平的提升。以上述中科院工业微生物学科理论与综合技术装备平台为基础和支撑,利用现代生物技术来提升黄酒微生物工业化水平,全面、深入和系统地研究黄酒微生物资源、多样性、系统发育、生态分布、酿造功能、菌种选育及其环境微生物对黄酒生产的影响,重点选择以下课题与任务创新:


    (1)克服传统自然筛选方式缓慢、周期长,传统诱变育种劳动强度大、效率低等弊端,利用现代分子生物技术和适应进化手段,以抗性突变结合高通量快速筛选等导向,驯化出安全高效的黄酒酵母新菌株。


    (2)系统分析黄酒酵母酿造过程特征,挖掘黄酒“三边发酵”机理,指导边糖化与边酵母发酵、边乳酸杆菌(细菌)发酵协同,针对性指导黄酒酿造工艺的快速改进使之契合生产菌株的最佳酿造环境,发挥菌株的最大生产效率。同时,也有助于指导特定黄酒酿造工艺和产品风味特点的黄酒生产菌株的选用。


    (3)曲是酿酒原动力。曲中含有多种微生物,包括酵母、霉菌和细菌等,并在酿造的不同阶段发挥着重要作用。由于制曲条件受环境影响很大,使得曲中微生物的组成和数量具有很大的波动性和复杂性,并导致黄酒酿造过程的不可控性和酒品质量的不稳定性。对麦曲中优势菌株、对浸米浆水过程、制酒药过程、制淋饭酒母过程、发酵(加饭、善酿、香雪等)过程、制速酿酒母过程等全环节微生物优势菌群进行系统研究,发现对黄酒酿造有益的新优势菌群。


    (4)改造酵母降低黄酒中高级醇含量。高级醇是指3个以上碳原子醇类的总称,适量的高级醇不仅是酒类的主要呈香物质之一,还能丰富酒的口味,增加其协调性。含量过高则会带来令人不愉快的异杂味。另外,高级醇在体内的氧化速度比乙醇慢,会较长时间停留在体内,消费者饮用后易醉、“上头”,同时会对人体产生一定的危害,引起脑损伤以及认知障碍,使人体神经系统充血、头疼,刺激眼、鼻以及黏膜等。黄酒中的高级醇主要有异丙醇、异丙醇、正丙醇、异丁醇、正丁醇、叔丁醇、异戊醇、正戊醇、苯甲醇、β-苯乙醇等。利用筛选的酿酒酵母或改造酿酒酵母是降低黄酒高级醇含量的有效措施。试验表明,无论中温大曲还是红曲发酵,与常规黄酒酵母相比,均可将高级醇总量降低多达50%。


    2、焙炒法生产黄酒


    中国黄酒与日本清酒的酿造工艺相仿,故清酒的先进生产技术对我国黄酒有一定的借鉴意义。焙炒法是一种新型原料米处理技术,由日本保酒造公司创立。该法利用短时高温操作对原料米进行流态化处理,不仅能够达到原有蒸煮工序中淀粉α化程度,还可以减少米粒表面的脂肪酸和蛋白质,从而生产出清淡爽口的新型清酒。


    中科院生化反应与绿色合成创新开发团队开发以一种用于热解、烘焙或干燥的装置,解决了现有装置产物品质低、能耗高等问题,核心装备主要由磁热材料制成的感应组件和/或壳体由磁热材料制成,装置工艺简单、可控性强、能耗低、产物纯净品质高、生产效率高。


    3、其他


    随着现代生物技术和机械动力学的高速发展以及高新技术之间的相互交叉,黄酒的酿造工艺受到了深远的影响。将挤压膨化(经高温高压和物理剪切作用,在模口骤然减压至常态,急剧膨胀成型)和液化酿酒(将谷物粉碎后与水、淀粉酶一起加入液化装置中,再升温,之后冷却至发酵温度)有机结合,进而创立了挤压液化法酿造新型黄酒。此法对原料进行加酶挤压液化处理,其酿制黄酒的发酵速度、发酵效率和氨基酸含量比传统黄酒均要高得多。该法酿造的新型黄酒口味独特、清雅爽口、营养丰富,在如今以中青年人群为主导的消费市场中具有重大的发展潜力。


    通过对比,采用挤压膨化和液化酿造黄酒比传统黄酒节能50%以上。