近日，我校罗惠波、黄丹教授团队和宜宾五粮液股份有限公司在浓香型大曲微生物群落演替的驱动力研究中取得重要进展。研究成果“Environmental factors and interactions among microorganisms drive microbial community succession during fermentation of Nongxiangxing daqu”发表于国际权威期刊《Bioresource Technology》(IF=9.642，中科院1区TOP期刊)。该成果是我校与五粮液公司产教深融、解决产业发展重要科学问题的最新研究成果，对于实现大曲发酵过程中微生物群落演替的定向控制具有重要价值。
据悉，浓香型大曲制曲是在开放式的环境条件下进行的，来自于环境和原料中的微生物形成了大曲复杂的微生物区系。制曲过程中微生物菌群此消彼长，并通过其代谢活动产生多种酶和化合物，为白酒酿造提供丰富的菌系、物系、酶系。尽管大曲微生物的演替规律长期都受到关注，但其演替的驱动因素尚需要进一步研究。根据生态位理论，微生物群落演替受到非生物因素（环境条件）和生物因素（微生物间竞争、捕食、拮抗等）的影响。目前，制曲过程的工艺操作主要通过揭盖草帘、开关曲房门窗来控制温度、湿度、CO2和O2浓度，因此，研究这些因素对大曲微生物菌群演替的驱动作用，有利于实现大曲发酵过程中微生物群落演替的定向控制。
该研究利用Illumina Miseq测序和环境条件监测系统对浓香型大曲发酵过程中生物和非生物参数进行研究。首先，通过主成分分析将大曲发酵过程微生物群落演替划分为两个阶段即第一阶段（1-6天）和第二阶段（7-28天）。然后分别构建第一阶段和第二阶段的微生物共现性网络，并且采用模块计算和模块划分将两个阶段的共现性网络分别划分为11个和10个模块。在第一阶段共现性网络中的模块2受到温度、曲房湿度、二氧化碳含量、氧气含量、大曲水分的影响，Mucoromycota（毛霉菌门）和Actinobacteriota（放线菌门）主要存在于这个模块，这些具有发达菌丝体的微生物是评判大曲质量的重要标准，因此在第一阶段的环境因素的合理控制，是保证大曲质量的关键。在第二阶段模块8包含的众多产香和糖化酶微生物主要受到水分和总酸的影响，因此在第二阶段合理的控制酸度和水分能够保证大曲的糖化力和香味物质的产生。该研究还采用了随机森林机械学习算法，计算得到了两个阶段的22种生物标志物，并且用生物标志物的相对丰度来表征微生物群落从第一阶段演替至第二阶段这个过程，这个过程除了受到多种环境因素的驱动，还受到了 Lactobacillales（乳酸菌目）、 Saccharomycetales（酵母菌目）、 Acetobacter（醋酸菌属）分别与生物标志物的相互作用所驱动。最后还预测了非生物驱动力的强弱，结果表明细菌群落和真菌群落受到的驱动力大小不同。这些结果对于大曲发酵过程微生物的控制，提高大曲质量均具有重要科学价值。