多组学分析揭示浓香型大曲发酵过程中酯类合成的酶及微生物驱动因子的时间动态

《Systems Microbiology and Biomanufacturing》：Multi-omics analysis reveals the temporal dynamics of enzymatic and microbial drivers in shaping ester synthesis during Nongxiangxing Daqu fermentation

　　

摘要

大曲是浓香型白酒的发酵引子，在风味酯的形成中起着关键作用。然而，大曲中酯化能力、酯合成酶与功能微生物演替之间的关系仍然知之甚少。本研究整合宏基因组学、宏蛋白质组学以及16S rRNA/ITS扩增子测序技术，系统表征了大曲发酵全过程中酯合成酶、功能微生物、代谢通路与风味酯产生之间的动态交互作用。四组关键的酯合成酶类——醇脱氢酶（ADHs）、醇酰基转移酶（AATs）、酯酶（ESTs）和拜耳-维利格单加氧酶（BVMOs）——表现出明显的时间表达模式差异，且与酯化能力呈正相关。具体而言，ESTs主要参与发酵中后期己酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯的形成，而AATs则从发酵早期开始主要促进乙酸乙酯的生成。ADHs通过提供醇类前体支持酯的生物合成，而BVMOs的参与程度有限。多组学分析鉴定出Lichtheimia属和Rhizopus属是酯合成相关酶谱的主要贡献者，而耐热丝状真菌（包括曲霉属和Rasamsonia属）在发酵中后期富集，并与酶表达量的增加同步。KEGG分析揭示了代谢通路从底物降解和前体生成向风味相关代谢的转变，同时功能微生物群落的组成也从以毛霉纲（Mucoromycetes）相关菌群为主，转变为以耐热丝状真菌组成的菌群联合体。此外，固态发酵实验证实了黑曲霉（Aspergillus niger）具有较高的酯化潜力。综上所述，本研究全面刻画了大曲发酵过程中与酯形成相关的微生物与酶学动态变化，为理解酯合成的功能因素提供了新见解，并为改良产酯菌株提供了潜在资源。

图形摘要