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蘭州理工大學(xué)任海偉教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊LWT-Food Science and Technology

2023年12月，蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院任海偉教授課題組在LWT-Food Science and Technology期刊（中科院一區(qū)，IF=6.0）發(fā)表了題為“Interrelated spatiotemporal variations between bacterial community and physicochemical factors in pit mud of Chinese strong-flavor Baijiu”的研究論文，2020級(jí)生物工程專(zhuān)業(yè)碩士研究生蔡早寧為共同第一作者，郭曉鵬副教授和王永剛教授為通訊作者。

01 研究背景

白酒作為中國(guó)最具特色的一類(lèi)傳統(tǒng)發(fā)酵飲品，歷史悠久，源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，是世界上最古老的蒸餾酒之一。濃香型白酒因其窖香濃郁、入口綿甜、香味協(xié)調(diào)、回味悠長(zhǎng)等獨(dú)特酒體風(fēng)格而深受廣大消費(fèi)者喜愛(ài)。泥窖窖池是濃香型白酒獨(dú)特的發(fā)酵容器，窖香是其最突出的風(fēng)味特征，其酒體香氣成分主要來(lái)自窖泥微生物的代謝產(chǎn)物，因此窖泥就成為濃香型白酒品質(zhì)的保障。位于“中國(guó)西部酒鄉(xiāng)”甘肅省隴南市徽縣伏家鎮(zhèn)的金徽酒是國(guó)家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品和純糧固態(tài)發(fā)酵白酒標(biāo)志產(chǎn)品，和五糧液等川派酒同屬西南黃金釀酒板塊。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的歷史發(fā)展，金徽酒逐漸形成低溫入窖、低溫發(fā)酵、緩火蒸餾、低溫陳釀、低溫過(guò)濾等獨(dú)特工藝，造就了 “香氣優(yōu)雅細(xì)膩、入口柔和綿甜、入喉圓潤(rùn)舒暢”等卓越品質(zhì)。窖泥微生物菌群與其所處環(huán)境相互適應(yīng)，相互影響，共同轉(zhuǎn)化，不同程度上影響窖泥微生物群落組成、分布和菌群演替。窖池窖齡和空間位置的差異也會(huì)引起窖泥微生物群落結(jié)構(gòu)和理化因子的差異。

02 研究?jī)?nèi)容

本文以“隴上江南”的金徽酒窖泥為研究對(duì)象，選取不同窖齡（5年、7年、10年、30和50年）和不同窖池位置（窖壁上層、窖壁中層、窖壁底層和窖池底部）窖泥進(jìn)行分析研究。主要針對(duì)窖泥的水分、pH、腐殖質(zhì)、礦質(zhì)元素、有機(jī)酸等理化因子進(jìn)行分析，研究其時(shí)空變化趨勢(shì)。同時(shí)，運(yùn)用高通量測(cè)序技術(shù)測(cè)定不同窖齡及不同位置窖泥中的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，明晰金徽酒窖泥中的微生物特征信息并比較分析微生物群落的時(shí)空差異性。利用相關(guān)性分析方法，理清微生物菌群與主要理化指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系；運(yùn)用中性群落模型和零模型分析窖泥中細(xì)菌群落的組裝過(guò)程。

03 研究亮點(diǎn)

1.從窖齡和窖池位置兩個(gè)維度討論了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的時(shí)空差異和相關(guān)性。

2.窖泥的乳酸、乙酸、pH、己酸、NH₄⁺-N和有效磷等理化指標(biāo)顯著影響了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。

3.微生物群落組裝機(jī)制的中性群落和零模型的分析表明，細(xì)菌群落的構(gòu)建受隨機(jī)過(guò)程支配。

4. 大多數(shù)理化指標(biāo)和細(xì)菌群落表現(xiàn)出明顯的時(shí)間異質(zhì)性。

5. 窖泥中細(xì)菌群落共生網(wǎng)絡(luò)的樞紐是Hyphomicrobium和Novosphingobium。

04 研究結(jié)論

通過(guò)研究窖泥中細(xì)菌群落與理化因子的時(shí)空差異，發(fā)現(xiàn)金徽酒窖泥中細(xì)菌群落和理化因子的動(dòng)態(tài)變化具有明顯的時(shí)間異質(zhì)性，但空間異質(zhì)性不顯著。乳酸、乙酸、pH、己酸、NH4+-N、有效磷等理化指標(biāo)對(duì)細(xì)菌群落的影響最大。Methanobacterium, Methanosarcina和Sedimentibacter是細(xì)菌群落共生網(wǎng)絡(luò)中的樞紐，窖泥細(xì)菌群落的構(gòu)建受隨機(jī)過(guò)程支配。總之，本研究從窖齡和空間位置等角度闡明了窖泥理化因子和細(xì)菌群落的動(dòng)態(tài)變化，從而獲得了優(yōu)質(zhì)老窖泥的關(guān)鍵微生物和理化指標(biāo)，以期為窖泥質(zhì)量監(jiān)控、定向調(diào)控和活性維護(hù)提供理論指導(dǎo)。

圖文賞析

圖形摘要

圖1. 窖泥細(xì)菌群落的組成及其多樣性分析。

(A)基于16S rRNA基因測(cè)序數(shù)據(jù)的Chao1和(B) Shannon。基于Bray-Curtis距離的(C)不同位置和(D)不同窖齡的PCoA圖。(E)門(mén)水平上PM樣品的細(xì)菌組成。豐度以每個(gè)樣品中總有效細(xì)菌序列的百分比表示，顯示了前10個(gè)序列。

圖3. 不同窖齡和位置的窖泥樣品中屬水平的指示性物種(A)， (B)顯示判別分類(lèi)群 (LDA>5)的水平條形圖。

上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、甘肅省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、甘肅省知識(shí)產(chǎn)權(quán)計(jì)劃項(xiàng)目和甘肅省高等學(xué)校產(chǎn)業(yè)支撐計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.lwt.2023.115630

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專(zhuān)家介紹

任海偉教授

博士（后），博士生導(dǎo)師，博士后合作導(dǎo)師，首批隴原青年英才，甘肅省高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育名師，蘭州理工大學(xué)“紅柳優(yōu)秀導(dǎo)師”和“師德標(biāo)兵”，先后入選第十五批“西部之光”訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者、中科院“西部青年學(xué)者”、隴原青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才、甘肅省“三區(qū)”科技人才。現(xiàn)為蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)，兼任國(guó)家自然科學(xué)基金同行評(píng)議專(zhuān)家，甘肅省首批省級(jí)科技特派員和第二批企業(yè)科技特派員，甘肅省黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展專(zhuān)家?guī)鞂?zhuān)家，中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)生態(tài)環(huán)境科普專(zhuān)家，甘肅省省級(jí)食品檢查員，甘肅省營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)常務(wù)理事兼副秘書(shū)長(zhǎng)，甘肅省微生物學(xué)學(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)，《食品工業(yè)科技》青年編委等。主要從事生物資源開(kāi)發(fā)與功能挖掘，生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化與農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)等研究，發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，其中SCI/EI收錄30余篇，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利11 件，出版專(zhuān)著和教材5 部，參編全國(guó)性教材6 部，獲得甘肅省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、甘肅省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)等教學(xué)科研獎(jiǎng)勵(lì)6 項(xiàng)。