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当前对发酵食品微生物了解不足，研究人员以茅台白酒发酵为对象，构建 MTFGC，发现微生物群落组装具确定性等成果。这为传统发酵转向精准合成生物学提供助力，推动食品生产发展。
在当今食品领域，传统食品生产方式面临诸多问题，比如食品安全纠纷频发，可持续性差。而发酵食品凭借微生物发酵的优势，具有低环境影响、可控、可复制、营养丰富等特点，在全球食品消费中占据约三分之一的份额。不过，由于缺乏全面的参考资料，人们对发酵过程中微生物的动态变化和功能了解极为有限。
中国白酒采用的多阶段固态发酵（MSSSF）堪称世界上最复杂的发酵技术之一。在这个过程中，高温、酸性等严苛的发酵条件，塑造了独特的微生物群落，也为深入研究带来极大挑战。茅台酒作为世界闻名的中国白酒，其独特的酿造工艺历经九道复杂工序，包括两次下沙、八次发酵、七次蒸馏，且新酒需储存至少 42 个月。如此独特的酿造过程，不仅赋予茅台酒独特风味，也使其成为研究发酵微生物的绝佳样本。然而，此前对于茅台酒发酵过程中的微生物组动态变化，以及对塑造发酵食品独特风味和香气至关重要的生物合成基因簇（BGCs）的生物合成潜力，人们知之甚少。
为解开这些谜团，来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们以茅台酒发酵为切入点，从主要发酵阶段（下沙至 Round5）系统收集了 335 个发酵谷物样本。
研究人员运用多种关键技术方法开展研究。样本收集方面，从贵州仁怀知名白酒生产商处，在特定时间点选取三个独立车间，每个车间两个发酵堆，保证每次采样有六个生物学重复，为后续研究提供丰富样本。生物信息分析则借助专业工具和算法，深入剖析微生物的基因和基因组信息 。
下面来看具体研究结果：
- 样本收集和预处理：通过系统采样，确保了研究样本的代表性，为全面了解茅台酒发酵微生物群落奠定基础。
- 发酵阶段代表性代谢物的动态变化：研究发现，发酵谷物中的代谢物在发酵初期（下沙、造沙、Round1）变化显著，后期（Rounds 2 - 5）趋于稳定。代表性代谢物可分为四类：淀粉逐渐减少，因为在发酵过程中被微生物分解利用；总酸和乳酸逐渐增加，是微生物代谢产生的结果；乙醇含量相对稳定；还有一类在特定阶段增加的代谢物 。这表明发酵前期微生物活动活跃，后期逐渐趋于稳定。
研究结论和讨论部分意义重大。此次研究构建了迄今为止最全面的发酵食品生态系统基因和基因组目录，为揭示微生物食品发酵的功能和进化机制提供了前所未有的基础。研究成果推动了数据驱动的发酵剂设计和精准发酵过程的发展，为提高食品生产系统的效率和可持续性提供了可扩展的解决方案。此外，研究强调了微生物多样性保护对于维持传统发酵食品独特性的关键作用，也为从传统发酵迈向精准驱动的合成生物学在食品系统中的应用提供了理论依据和实践指导。该研究成果发表在《Bioresource Technology》，为相关领域的研究开辟了新方向，有望引领食品发酵行业进入精准化生产的新时代，助力食品产业在保障食品安全、提升产品品质等方面取得新突破。
