4.3.3　黄酒酿造中的放线菌代谢特性

放线菌是黄酒酿造过程中微生物结构的优势微生物，在黄酒酿造过程中的菌落组成上占有重要地位。糖多孢菌属是好氧型革兰氏阳性菌，放线菌目的主要菌群，是黄酒酿造过程中微生物结构的优势属，也是麦曲中的优势属。其能产生抗生素、酶抑制剂、多种酶类等生物活性物质。小麦和水稻中的淀粉和纤维素在发酵过程中被微生物降解为葡萄糖、单糖和低聚糖。这些碳水化合物是产生乙醇等黄酒风味的主要底物。在三种酶（EC 3.2.1.4、EC 3.2.1.91、EC 3.2.1.21）的作用下，原料中的纤维素可被还原为葡萄糖。而糖多孢菌属均参与了纤维素的降解和淀粉的降解过程。因此此处选择糖多孢菌属作为放线菌的代表进行代谢特性的阐述。

4.3.3.1　糖多孢菌属的代谢特性

糖多孢菌属属于放线菌目、假诺卡氏菌科（Pseudonocardiaceae），最早由Lacey和Goodfellow（1975）发现，随后由Korn-Wendisch等人进行了修订（1989）。糖多孢菌属呈球状或杆状，是好氧型革兰氏阳性菌，与报道的其他放线菌一样，其DNA中GC含量较高。其气生菌丝富含二氨基庚二酸、阿拉伯糖和半乳糖，与孢子形成珠状链。

糖多孢菌属具有广泛的栖息地，包括土壤、海洋沉积物、海洋无脊椎动物、植物和临床样品。糖多孢菌广泛分布在海洋环境中，其一半左右的物种（16种）被描述为嗜盐或耐盐海洋放线菌。此外，大多数报道的陆生糖多孢菌被描述为嗜热、嗜碱和嗜盐放线菌，可产生耐热和耐溶剂的酶制剂。大多数糖多孢菌属物种具有耐盐和/或耐热性，从该物种获得的酶在许多生物技术领域，如工业、医学、环境和农业中具有巨大的应用潜力，相关酶较强的耐热、耐溶剂能力为该属微生物在酿酒过程发挥作用提供了有利条件。

同时糖多孢菌是多种具有重要医学意义次级代谢产物的丰富来源，如大环内酯类（如红霉素A和多杀菌素A）、生物碱、醌、肽、寡糖和糖脂等次级代谢产物具有抗氧化、抗肿瘤、抑菌等生物学活性，部分还具有杀虫作用。

例如，1994年从菌株Saccharopolyspora rectivirgula中首次纯化到了胞外热稳定的β-半乳糖苷酶，这种水解酶在70℃的温度下可稳定22h，因此在高效利用乳糖生产寡糖的过程中，它有望用于高温下构建热稳定的固定化酶系统。2004年从红色糖多孢菌（Saccharopolyspora erythraea）中发现了另一种β-半乳糖苷酶，可水解含α-1，6-糖苷键的半乳糖残基的碳水化合物。此外，从红色糖多孢菌中也分离纯化出了碱性磷酸酶，该酶参与红霉素A生产过程。红色糖多孢菌可利用一种称为EryK的P450细胞色素酶（一种C-12羟化酶）在红霉素A生物合成的最后阶段将红霉素D转化为红霉素C，该关键酶已在大肠杆菌中克隆并异源表达，随后通过X射线晶体学分析对其结构进行了充分表征。通过设计红霉素A的生物合成途径，此类酶可用于开发新的大环内酯类抗生素。α-淀粉酶分离自海洋嗜盐嗜碱的糖多孢菌种A9（Saccharopolyspora sp.A9），对高温（100℃）、实验室表面活性剂、清洁剂和氧化剂表现出出色的稳定性，推测其在高温、高酒精度的苛刻的酿造条件下能够表现较好活力。

4.3.3.2　纯种糖多孢菌和酵母共酵用于黄酒酿造

江南大学传统酿造食品研究中心——毛健教授团队通过对比传统生麦曲和纯种麦曲发酵过程中理化指标的变化，进一步验证了糖多孢菌在黄酒发酵中的作用（图4-9）。发现纯种麦曲分别为黄曲霉（Aspergillus flavus）纯种麦曲、米曲霉（Aspergillus oryzae）纯种麦曲、披发糖多孢菌（Saccharopolyspora hirsute）纯种麦曲、江西糖多孢菌（Saccharopolyspora jiangxiensis）纯种麦曲和植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）纯种麦曲。在分别与酿酒酵母采用传统工艺酿造方法共同发酵过程中，S.hirsute组的起始发酵速率最快，显著高于其他组，其酒精度在25h时即达到7%（vol），到300h达到16%（vol）。S.jiangxiensis组的发酵速率较慢，在300h时酒精度只达到7.9%（vol）。A.oryzae组产酒率明显高于A.flavus组，说明A.oryzae促进了酿酒酵母的厌氧发酵。可能是由于A.oryzae在长期的纯种发酵过程中被驯化，表现出与酿酒酵母的协同作用，而A.flavus需要快速适应黄酒发酵复杂的微生物环境，在发酵前期完成糖化。而在黄酒发酵结束（300h）时两者的酒精度却没有显著区别。L.plantarum组的发酵失败可能是由于植物乳杆菌产生了大量的有机酸，50h后可滴定酸的含量达到12.5g/L，这种酸可能抑制了酿酒酵母的生长和代谢。

图4-9　不同微生物与酵母共酵发酵黄酒过程中理化指标的变化

（a）酒精度；（b）还原糖；（c）可滴定酸；（d）氨基酸态氮

对照；黄曲霉；米曲霉；披发糖多孢菌；江西糖多孢菌；植物乳杆菌

随着发酵的进行，纯种发酵组的还原糖含量呈下降趋势，而传统工艺发酵组先升高后降低。这可能是由于生麦曲中微生物组成复杂，在发酵的早期，大量的微生物繁殖并消耗大量的还原糖。在50h时，当还原糖含量达到最大值，微生物群落趋于稳定时，酿酒酵母开始将大量还原糖转化为乙醇。在发酵初期，A.flavus和A.oryzae组还原糖含量较高，这可能是由于A.flavus和A.oryzae具有较强的糖化能力。S.hirsute在25～50h还原糖含量较低，这可能是由于酿酒酵母将还原糖快速转化为乙醇所致。这表明S.hirsut可能促进了酿酒酵母的生长和代谢。L.plantarum组还原糖含量先升高后降低，而酒精含量未见明显升高。300h时，各组还原糖含量均下降到较低水平。

L.plantarum组可滴定酸含量迅速增加到17.50g/L，样品出现明显的酸败。这说明植物乳杆菌能将还原糖快速转化为乳酸，从而抑制酿酒酵母的生长和代谢。其余各组的有机酸含量随发酵时间的延长而增加，但保持在合理稳定的范围内［图4-9（c）］。

氨基酸态氮的含量不断上升。到发酵结束时，各样品的氨基酸态氮的含量在0.60～1.69g/L范围内，符合黄酒国家标准中的优级标准。A.flavus和A.oryzae组的氨基酸态氮含量最高，这可能是由于曲霉产生蛋白酶的能力较强，可以水解蛋白质产生更多的氨基酸。S.hirsute和传统工艺发酵组的氨基酸态氮含量无显著差异［图4-9（d）］。

采用主成分分析法对纯种和传统工艺发酵样品中风味成分的变化和相似性进行了分析。所有样本的biplot分析表明，前两个主成分的方差累积贡献率为83.6%，这可以解释大多数发酵样本的风味差异。从图4-10可以看出，传统工艺发酵组与S.hirsute组和S.jiangxiensis组聚在一起，与曲霉（A.flavus和A.oryzae）组和L.plantarum组明显分离。这说明糖多孢菌参与了大多数风味物质的合成，并在黄酒发酵中起主导作用。

图4-10　不同微生物与酵母共酵发酵黄酒的风味物质聚类