**酒香“芯片”密码
中青报·中青网见习记者杨洁
这是一个色香俱全的实验室。
在一个个燕麦培养基中加入金属离子，燕麦味道一会儿便飘香了半个屋子，这是“北**”链霉菌最喜欢的生存环境；在另一个培养皿里，被分离出来的单孢哈萨克斯坦酵母菌会散发出清香的气味，呈现出圆形小颗粒形状；而被加入了“北**”海洋杆菌的培养液中，液体颜色则逐渐变为黄酒的焦糖色。
“各种白酒的酒曲、窖池和酿造环境，形成了一个个独特的微生物资源库，含有大量的未知菌种，这些菌种是我国特有的、宝贵的微生物资源。它们有哪些生物学功能？如何酿造出美酒的？这些亟待我们展开研究和开发利用。”
在长达10年的时间，北京**大学轻工科学技术学院副教授任清带领团队，从我国传统白酒酒曲、酒醅和窖泥中分离筛选酿酒微生物86个属，3000余株细菌，其中，已经鉴定确认细菌新种24种，大部分用“北**”和“北京”命名，他们正一步步解开藏在酒香的神秘“群落”。
酿酒微生物在培养皿中显现。受访者供图
微生物是传统酿酒工艺的“芯片”
对于1996年出生的姑娘刘波来说，白酒、黄酒等名词原本跟她的生活并不相关。但跟着课题组展开两年多的研究后，每逢过年，这位研三的学生会在饭桌上跟父亲一一科普，指着其中一瓶分辨是浓香型白酒还是清香型白酒，这背后到底是什么微生物在起作用。
在微观的世界里，我国传统酿酒是依靠微生物发酵而生产。而在这一条肉眼不可见的“生产链”上，多个微生物菌种正有条不紊地分工合作着：当人们把酿酒原料和酒曲倒入窖池，根霉和曲霉等霉菌会加速淀粉变成葡萄糖，酵母菌又将葡萄糖转化为乙醇。醋酸杆菌接过下一个生产线，促进葡萄糖变成乙酸，乙酸再经过多种微生物的酯化作用生成乙酸**，多种微生物协力合作，也就初步完成了清香型白酒的酿造。
“国外酒风味单一，其酿酒主要是单菌种或少数菌种的液态发酵技术，微生物种类少，所以，发酵形成的风味物质少。而我国白酒酿造是自然多菌种固态发酵，有着独特的酿造工艺，靠着几百年传承下来的制曲技术和老窖池，形成了一个独特的微生物资源库。”任清说。
以茅台、五粮液和汾酒的口味对比为例，三者之所以风味不同主要是因为其酿酒**中微生物群体的差异化造成的。任清解释，如果要在其他地方酿出茅台的风味，就要**茅台酿造**中的微生物群落结构和多个微生物如何相互作用的难题。而当下传统酿酒行业过分依赖酿酒师和当地窖池，标准化程度低，受到地理气候和生态环境的影响，每一个窖池、每一批次酿造出来酒的品质也各不相同。
“如果能用科学的手段，找到了传统酿酒过程中是哪些功能微生物起主要作用，并分离这些主要的功能微生物，利用功能微生物就可以实现‘基于风味感知的白酒品质定向设计’。那么即便在北京也有可能生产出茅台，实现传统酿造向现代发酵工业生产的转变。”任清做了一个比喻，如果把传统酿酒工艺看作是一个**，那么“芯片”就是微生物。
为了**“芯片”的密码，从2013年开始，任清带领团队利用培养组学和高通量测序技术，从庞大的微生物生态**中分离菌种，揭秘这一群藏在酒窖里的“群落”如何精密地运转。
北**团队在实验室进行酿酒微生物实验。受访者供图
做科研并非每一天都有意思
在课题组里，刘波的工作是从庞大微生物生态**里筛选菌种。她要从大量的样本里找到还没有被前人发现的微生物，像考古探险一样摸着黑往前走。
微生物的生存环境各不相同。在筛选菌种的过程中需要设置不同温度和pH值的培养基，待菌种生成后，纯化分离出来，展开筛选工作。对这个“95后”小姑娘来说，筛选菌种是一个“极其枯燥的过程”。
2020年5月，在一次菌种筛选工作中，她为每一个实验周期设计了360个培养皿，但养出来的微生物里都没有发现新的菌种。两个月的时间过去了，她的生活每天在做实验和看数据之间重复着。实验里使用的培养皿超过2000多个，堆积起来比这个身高175厘米左右的小姑娘还要高。
一天早上，刘波偶然发现之前的培养皿里长出了一个个形态幼小的微生物，不易被人察觉。她纯化分离出来，在显微镜下观察，经过鉴定发现是一株新菌，此后该株确定为拟杆菌属的一个新种。
发现新菌种的惊喜，王镓璇也曾亲眼见证过。那时她刚来课题组不久，正在埋头做实验，一个师姐突然从隔壁实验室里跑进来，高兴地叫起来，“我筛选出突变株了”。当时，实验室里所有的人都不约而同地停下来，为她鼓掌。后来王镓璇才知道，这位临近毕业的师姐已经为突变株筛选的问题死磕了两个月。
“做科研并非每一天都有意思，有时候需要多一点坚持和耐性。”王镓璇说。
为何窖池里的微生物群落如此难以发现？任清解释，不同的菌种需要的培养基不同，生长速度不一致，有的长达三五天会长出形状，而有的则在第二天早上便已经养成。
但微生物菌种之间的相互作用关系非常复杂，有时单一菌种无法产生风味，而需要跟另一个菌种相互作用才能呈现出特定的性状。那么在实验之中要用生物信息学等知识展开关联性分析，摸索不同微生物之间潜在的“社交关系”。
王镓璇曾遇见一个顽固的微生物。当她在分离奇枝菌属的培养基上，曾发现培养基的表面意外地多出了裂痕。原本以为是因培养基的环境干燥出现了裂缝，可完成了多项对照试验后发现，每一组培养基里都有类似的裂痕。
这会不会是一种新的微生物？她把培养基的环境改成了液体，再提取基因组展开鉴定，惊奇地发现了新的微生物菌种。这一类菌种在固体培养基的环境里不会长在表面，而会嵌入到培养基之中，生长速度长达一周左右。
“做科研就是在枯燥和无趣之中坚持，要大胆地设想，不断地给出新的培养环境，总有一天会有收获的。”跟着课题组完成了两年的研究，1998年出生的姑娘王镓璇慢慢学会了耐着性子做事。
私下里，任清常带着课题组的孩子们出去打打牙祭。但只要回到了实验室，这位教授对同学们的要求极为严格，他常说，“科研来不得半点虚假，工作一定要实打实地做，如果筛选出来好的微生物菌种，成果自然就出来了，但要是筛选不出来，不仅功夫白费了，甚至连毕业都够呛。”
北**团队在实验室进行酿酒微生物实验。受访者供图
传统酿酒微生物库亟待开发
近十年的时间，任清课题组从我国传统白酒酒曲、酒醅和窖泥中分离筛选酿酒微生物86个属，3000余株细菌，其中，已经鉴定确认细菌新种24种，大部分用“北**”和“北京”命名，目前正在鉴定70余新菌种，共计100余种微生物新菌种解开了神秘面纱。
“北**”海洋杆菌是我国黄酒曲中发现的唯一新菌种。任清介绍，这个菌种可以合成番茄红素和类胡萝卜素等红色素，不仅可以作为黄酒重要的着色剂，代替焦糖色，还具备良好的抗氧化功能，可广泛应用在保健养生的产品中。
“‘北**’食烷菌可以分解石油，生物分解无法降解的物质，对生态环境保护起到了一定的作用。‘北**’节杆菌可以合成护肤成分，用于化妆品行业，”任清说，微生物的作用不仅仅在酿酒行业，通过一系列研究，未来在食品、护肤品等行业将会有广阔的应用前景。
除了单个微生物的作用，在微观世界里，微生物的“社交功能”可以产生化腐朽为神奇的力量。任清曾带着学生做过一组实验。当在进行降解人参皂苷的新菌种筛选中，用特殊培养基培育，过了几天，培养基会变成黑色。研究后才发现，“北**”链霉菌在培养基之中会产生一种β-葡萄糖苷酶，使得葡萄糖苷键断裂，让人参和三七中的普通皂苷转化成药理活性更高的稀有皂苷，可以显著提高人参和三七的药用价值。
在研究中，团队发现部分微生物还承担着“唤醒”其他休眠状态菌种的工作，比如“北京”棒杆菌，它的一个基因编码一个特殊蛋白质，该蛋白质可以复苏休眠状态的细菌。他们**了该基因，正在研究该基因编码蛋白质的复苏功能。一旦应用到微生物培养中，可以促进微生物的“苏醒”，加速培育过程。如果应用到食品安全检测中，可以发现食品中潜伏的有害微生物。
10年间，围绕新菌种资源，团队开展了多项研究应用开发工作，获得授权国际发明专利2项，国家发明专利10项，获2021年我国轻工业联合会科技进步三等奖1项，其中，5项专利已经实现成果转化。
“酒香里藏着的微生物菌种是我国特有的微生物资源。”在任清看来，这个未知的“群落”还待进一步发现，“未来的工作是要建立我国酿酒微生物资源库，保护特有的菌种，让这一群在窖池里流传百年的“群落”可以真正地服务社会的发展。”
责任编辑：梁国胜
来源：我国青年报客户端
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