科技是第1生产力、创新是第1动力。一代代茅台人在微生物世界面前从不觉满足,从现代科学角度出发,孜孜不倦的茅台人正沿着微生物之河,以“经验+数据”永葆一瓶茅台美酒的风味。
3月20日,中国轻工业联合会组织专家组对茅台集团《茅台酒酿造过程酵母菌全程解析与资源挖掘》《制酒全过程多维评价体系构建与应用》两项成果分别进行了鉴定,两项成果均获得国际鉴定评价。成果鉴定委员会由2位院士和5位业界权威专家组成。
茅台集团科研项目成果鉴定会合影
“两项成果”的成功鉴定对于中国白酒的生态酿造和微生物资源挖掘及靶向调控研究,为白酒的风味和品质的稳定提供了强有力的科学证明,不仅开行业“先河”,也树立起科技白酒行业高质量发展的“风向标”。
▋ 60年前,茅台拉开微生物探索大门
中国白酒与西方烈酒,大差异在于发酵。从《尚书》中早的酿酒记载到黄帝酿造“汤液酒醪”,再到汉代《九酝酒法》,传承千年的白酒酿造工艺,造就世界上复杂的酿造微生物体系,也造就白酒丰富的滋味。
在酿酒行业,有这么一句话“得微生物者得天下”,早在上世纪60年代,茅台人就走在行业前列蓄力“驯化”微生物。
60年前“两期试点”,茅台拉开探索微生物的大门,迫于技术限制,仅能从自然界中分离不足1%的微生物,制约了对酿造过程核心功能菌群的系统性研究。
多年来,茅台一直致力于微生物领域研究,一步步揭开茅台酒背后的风味秘密。
在2005年,茅台第1次揭示酿造过程中保藏微生物菌种79种近1000株,同时与中科院微生物建立行业第1个白酒微生物菌种资源库。
2006年茅台和江南大学一起合作使酱香型白酒的品质研究从“分析化学”层面提升到“风味化学”时代,直接促成中国白酒“169计划”的产生和发展。
2012年茅台将酿造微生物的研究从细胞水平提升至分子水平,开启茅台酿造微生物分子水平解析时代。
在去年,茅台集团科技创新和人才工作大会上,茅台首次宣布发现茅台酿造过程及环境中有1946种微生物;准确定性茅台酒中965种风味物质,明确其中730种有风味贡献、361种有关键风味奉献,形成了茅台酒风味物质数据库和实物标准库,茅台酒风味物质首次拥有可视化表达。
近年来,茅台以茅台科学与技术研究院为核心研究主体,还以院士工作站、专家工作站及博士后工作站为对外合作窗口,陆续引入“超 强外脑”,通过与相关科研单位、院所开展项目合作,构建了“1+3+N”的开放式创新发展体系,在战略性基础科学研究和应用现代技术方面进行有效尝试,不断的深入探索和解析中国传统白酒酿造机理,借助科技力量永葆茅台酒品质永不变味。
▋ 茅台酒为什么好喝,与“酵母菌”有关
茅台酒据地而生、因时而成,占据天时地利的茅台镇自然生态诞生了丰富多样的微生物种群,茅台品牌背后,是空间的“蕴养”。如果说15.03平方公里是茅台酒的地理密码,那么寄居在此的微生物则是密码中的“密码”。
中国环境科学研究院副总工吴丰昌院士在鉴定会上表示,茅台镇独特的生态环境加酵母菌成就茅台酒独特风味,茅台的酵母菌是重要的核心竞争力,离开茅台镇就酿不出茅台酒,是长期生物进化,环境衍生的结果。
在传统白酒酿造中,酵母菌风味贡献多,是主要的功能性微生物,在酒醅风味形成中起到至关重要的作用,对证终白酒的风味质量和安全具有重要意义,一直是白酒酿造行业的研究热点。
如何认识、保护,酿造微生物资源,一直是茅台科研团队不断深入研究的领域。“用科学语言阐释茅台之美。”正是《茅台酒酿造过程酵母菌全程解析与资源挖掘》项目研究的目的。
据悉,该项目系茅台集团与中科院微生物所合作,通过6年的研究,目前已筛选并获取茅台酒酿造过程中纯培养酵母菌3168株,经分子生物学鉴定,归属于20个属41个种,远超于已有白酒文献所报道的25种,发现筛选到的酵母菌活菌资源总占比超高通量测序中酵母菌占比95%以上。对白酒行业酿造微生物研究领域贡献极大。
历时6年之久,团队对酱酒酿造过程的酵母菌资源进行深入挖掘,明晰酵母菌群结构与功能特性,也攻克一系列技术难题。
▋ 经驯化后的“微生物”多样且独特,造就茅台酒独特风味
主要项目负责人在成果鉴定汇报上提到,通过该项目研究,创新了白酒酿造生境下酵母菌筛选、保藏及代谢特性解析技术方法,创建了多维度酿酒酵母遗传特性研究技术方法,不仅丰富酵母菌资源的产业化应用范围,也对提升酱香型白酒酿造机制解析,推进白酒行业发展,微生物资源的应用具有积极促进作用。
目前,项目研究已奠定五方面的科学成果,为阐释“离开茅台镇就酿不出茅台酒”提供了科学依据。
首先是菌种资源多样性,目前已实现3168株酵母菌活菌资源的获取,菌种保藏存活率达70%以上。
其次是酵母菌代谢特性。项目团队构建了酱香型白酒酿造过程酵母代谢特性与机制解析方法。选取相对丰度占比前10(相对丰度总和达80%)共计202株酵母菌进行代谢产风味特性解析,发现不同种类酵母菌代谢产生的风味物质含量存在较大差异,酵母菌代谢物中以醇类物质的含量高,其次为酯类、酸类物质,醛酮、吡嗪类等其他化合物含量较低,表明酵母菌类群在酿造过程中对酒醅中醇、酯、酸类物质均具有较为重要的贡献。
再次是酵母菌基因多样性。项目针对产醇、产酯及产其他风味物质能力较强的6种酵母菌共计30株,通过Illumina HiSeq 4000测序平台进行全基因组测序,发现酵母菌同样还具有丰富的基因多样性。
与此同时,针对不同来源的酱香型白酒酿酒酵母进行全基因组分析,通过SNPs双等位基因构建系统进化树,证明了茅台酒厂酒醅中酿酒酵母也具有独特性,与茅台镇自然环境和其他酒厂酿酒酵母为不同分支,其主要来源为茅台酒酿造环境。
该酿酒酵母与“两期试点”(1963年)保存的菌株相比,在遗传关系无明显差别,但在风味物质代谢方面更为丰富,说明长期不间断的酿造活动利于选育和驯化微生物。
另外,项目针对分离自茅台酿造环境与酿造体系的600余株酿酒酵母菌株开展IGS1的高变区(HVG-I)的高通量PCR-SSCP(单链构象多态性)分析,结果表明在茅台酒酿造过程中存在着多种核型的酿酒酵母。
如下图所示,茅台酒酿造过程中代表性酿酒酵母菌株就有10种核型,进一步证明了茅台酒长期酿造活动对酿酒酵母类群能够产生差异性驯化,佐证了茅台酒核心产区无法复制的科学性。
也就是说茅台酒核心产区的酿酒酵母类群随着时间与环境的进化以及酿造工艺的“驯化”,呈现出多样性、独特性,构成茅台酒无二的标志。
▋ 经验+数据,让“茅台风味”可控,科学研究为“茅台品质”服务
种种研究都将归根于品质二字,缔造不变的“茅台风味”,需在传统经验酿造上,守正创新。
中国酒业协会理事长宋书玉在鉴定会上表示,“两项成果”都对传统酿酒行业有重要的示范意义,对传统经验型生产具有很大指导作用,在行业是首例。也通过科技创新来印证了传统酿造的正确性。
“两项成果”,一项是基础科学研究,一项是应用研究,两者相和,都对茅台酒生产稳质稳产起到重要作用。
据茅台透露,《制酒全过程多维评价体系构建与应用》通过6年的研究,收集整理分析制酒全过程工匠经验,统一经验性感官评价维度和标准,显性化工匠经验。研究工作融合技术创新的技术手段,构建酿造全过程理化参数集成检测体系,通过“经验+数据”提升生产过程质量管控能力和水平,有效解决发酵过程中质量管控难题。
目前该项目已完成两大突破,一是传统经验与数据融合指导,在方法论上创新突破,二是构建制酒生产技术指导体系,对工艺调控,确保优质稳产。
而《茅台酒发酵过程中酵母菌和乳酸菌全程解析》同时构建酱香型白酒酿造过程关键酵母类群的快速鉴定与检测技术体系,还实现酱香型白酒酿造过程菌群靶向调控与酵母资源产业化应用,保 障轮次基酒产质量协调。
传统工艺坚守与科学技术创新有机结合的魅力就在于此,带给行业的是信息化、智能化、自动化的超前惊喜。
茅台作为酒业领军者,不仅填补中国酒业在科技创新技术领域的空白,也为白酒行业科技驱动转型升级提供优质的借鉴经验。
据悉,以上两项成果共申请发明专利12件,已授权9件,发表论文13篇,被SCI收录7篇,第1项成果已转化入微生资源库菌种实体、工艺指导、产区独特性解析等生产科研实践,成果转化率超40%;第二项成果已全部应用于生产实践。(来源:茅台时空)