奇妙的微生物：从微生物的驯化到人类的酿造自由 | 国宝窖池450年④
如果你有幸去过泸州老窖1573国宝窖池群，你一定会很容易联想到，那高高隆起的黄泥窖帽之下，数以亿计的微生物种群正在努力生长，代代繁衍。 很难想象，这些人类肉眼不可见的微小生物，已经在这方寸天地之间繁衍生长了450年。 也正是它们悄无声息的贡献，浓香白酒从这里开始，广开枝叶，普泽天下。 2022年，国家固态酿造工程技术研究中心主任沈才洪正高工团队与中国科学院微生物研究所李寅研究员团队联合，在泸州老窖老窖池中发现了一株乳杆菌新种，定名为“老窖乳杆菌”。 ▲老窖乳杆菌 该新种是迄今为止自然界最小基因组乳杆菌，该菌株的研究为深入理解微生物如何适应老窖窖池环境并在酿造过程中发挥作用提供了新的视角。 2023年5月10日，该研究成果以《比较基因组研究揭示老窖乳酸杆菌对富碳水化合物环境的实应性（Comparative genomic analyses reveal carbohydrates-rich environment adaptability of Lentilactobacillus laojiaonis sp. nov. IM3328）》为题在线发表在国际期刊Food Bioscience。 作为蝉联五届中国名酒称号的浓香型白酒，泸州老窖拥有1573国宝窖池群和泸州老窖酒传统酿制技艺两大活态酿酒文化资源。 据统计，目前由国家文物局批准的属全国重点文物保护单位的老窖池，90%以上在泸州老窖。 其中始建于公元1573年的国宝窖池群，自建成起已持续酿造450年。1996年经国务院颁布为“全国重点文物保护单位”，是名副其实的“活文物”。 解密浓香型白酒窖池微生物的多样性，发掘老窖窖池的微生物资源，是认识和理解浓香型白酒主体风味物质形成基础的重要工作。 2019年，泸州老窖窖泥微生物研究获得突破，首次从老窖泥中分离出新菌种，并命名为“老窖梭菌”和“老窖互营球菌”。 ▲老窖梭菌（左）和老窖互营球菌（右） 而“老窖乳杆菌”的发现，再次证明，连续使用的窖龄越老的窖池，窖泥中的酿酒微生物多样性越丰富，参与酿酒生香的微生物越多，白酒的风味物质越丰富。 “老窖酿好酒”的又一科学实证，在于酿造过程所涉及的四大微生物体系。 首先是环境微生物体系。泸州地处北纬28度的亚热带河谷地带，有着湿润的空气，富含铁、磷、钾等元素的紫色土壤，以及长沱两江构建的丰富水系，优越的环境为酿酒微生物提供了天然的温床。 其次，是来自酿酒大曲的大曲微生物体系。公元1324年，泸州老窖酒传统酿制技艺第一代传承人郭怀玉，发明了“甘醇曲”，奠定了块状大曲的雏形，所酿之酒“浓香甘洌，优于回味”，是中国古代制曲技术里程碑意义的革新。 699年过去了，大曲制作工艺在历代泸州老窖国窖人的呵护和耕耘下，经历了一次又一次的演变与改良，而不变的是泸州独一无二的制曲微生物环境。2001年，泸州老窖“久香”牌酒曲被酒界泰斗周恒刚赞誉为“天下第一曲”。 此外，还有糟醅微生物体系，泸州老窖以糟醅的续糟繁衍，让微生物与香味物质相生相伴，形成了“万年糟”的工艺特点，也成就了泸州老窖酒“窖香浓郁、绵甜醇厚”的口感特质。 最后是窖泥微生物体系。与石窖、陶缸相比，由于窖泥中的孔隙能够提供微生物的生存空间，因此窖龄越老，参与发酵的微生物会越丰富，这也是“千年窖”的奥秘所在。 经数百年持续酿造，窖池中含有的微生物经过不断驯化、繁衍、富集，形成了优越的生态系统，其微生物种类繁多、数量庞大，成为中国泥窖酿酒工艺研究的极限样本，成为名副其实的“中国第一窖”。 凭借这些“国宝”窖池，以及窖池里生长数百年的微生物，泸州老窖成就了“你能品味的历史”，并在全世界建立起庞大的销售网络，遍布全球70多个国家和地区，成为海外能见度最高的白酒品牌之一，让世界品味中国！ ❶ 微生物，微小而庞大的酿酒军团 在中国的美食地图上，利用微生物发酵制取的食品多不胜数。酱油、醋、腐乳等，无不是古人经验智慧的结晶。 ▲泸州是一座酿造幸福之城，不仅擅长酿酒，也擅长酿造酱油、醋等，这都是智慧的酒城人民与微生物共同合作的杰作。 现代科学研究表明，传统发酵食品具有较高的营养价值和独特的风味，其中最大的功臣当属微生物。 古人在保存食物的长久历程中，摸索出让食物与时间共存的千般妙法。 《舌尖上的中国》在“时间的味道”中讲，“酒、醋、酱油、腐乳、豆豉、泡菜等，都有一个共同点，它们都具有一种芳香浓郁的特殊风味。这种味道是人与微生物携手贡献的成果。” 这种人与微生物的合作，让原本寻常的粮食、谷物产生出奇妙的味道，为人类文明带来惊喜。 《尚书》记载：“若作酒醴，尔惟曲糵。”在上古时代，曲糵指的就是酒曲。随着酿酒技术进步，曲糵分化为曲（发霉谷物）、糵（发芽谷物），用糵和曲酿制的酒分别称为醴和酒。 ▲制曲 中国是世界上最早以制曲培养微生物，从而酿造出一杯好酒的国度，因此，酿酒师傅们在制曲、酒醅发酵中深谙微生物的巨大能量。 正是在酿酒师傅们的手中，这支微小而又庞大的酿酒微生物军团为美酒香味生产出“醇、酸、酯、醛”等深刻影响白酒风味的物质。 窖泥微生物的多寡与活跃程度，直接影响着白酒的品质。现代科学研究已经证实，酒曲、酒醅，与诞生在窖池中的微生物一道，成为酿造一杯好酒的关键。 ▲酒醅与窖泥菌群的“分工合作，协同产香”机制示意图 浓香白酒核心生产工艺在于续糟发酵，泥窖池中的酒糟在黄泥和水密封之后，酒糟中的营养成分滋养出大量酿酒菌群，方寸泥窖成为微生物繁衍生长的天堂。 在充分的密封环境下，厌氧的酿酒菌群将产生大量的醇、醛、酸、酯等香味物质，伴随蒸馏过程进入酒中，赋予酒液各种典型香味。 在中国辽阔的浓香版图上，也因地理环境的不同，驯化出各自不同的微生物菌群，从而酿出了风味不同的浓香流派。 江南大学教授、博士生导师、国家固态酿造工程技术研究中心副主任许正宏认为，窖泥微生物地理学研究显示，不同地域窖泥菌群差异显著，物种组成既有共性，又有独特性。 例如，江苏产区的真杆菌属和安徽产区的Fastidiosipila等都是较为特殊的优势菌群，四川产区的球菌属、湖北产区的嗜热菌属等，都是各自自然环境下诞生出的酿酒优势菌种。 ▲不同地域窖泥优势微生物群落结构的组成。（来源：《窖泥群落结构及功能微生物研究进展》，作者：张应刚，许涛，郑蕾，杨阳，刘光钱，张芮，于惠，沈才洪，王松涛 。） 气候干燥、地势平坦、以平原为主的北方大地上诞生的浓香白酒，与南方“川派”“江淮派”浓香风味也都各自不同。 ❷ 泥窖生香，老窖出好酒 众所周知，浓香、清香、酱香是中国白酒的三大基础香型。 从三大香型采用发酵容器的材质来看，清香型白酒采用“陶质地缸”，其“地缸发酵、清蒸清烧、清蒸二次清”的工艺特征是顺应黄河流域气候特点的结果。 北方多干旱，气候干燥，土壤保水性差，故以“陶质地缸”为发酵容器，保温的同时避免黄水渗漏。 ▲地缸 而黄河流域冬天寒冷，部分微生物难以繁衍和生存，因而微生物的多样复杂性是不及浓香、酱香的。 酱香型白酒，是赤水河流域微生态环境孕育和独特的高温堆积发酵工艺共同作用的结晶。因当地地势陡峭，山多土少，故窖池绝大部分采用石窖。 ▲石窖 浓香型白酒，则是长江流域文化的代表，泸州气候温润，以当地独有的黄泥筑窖，因微生物能在泥窖的缝隙中繁衍栖息，迭代繁衍，时间越久，参与发酵的微生物越丰富，酒体越香。 浓香型白酒的泥窖和其他窖池最大的区别在于窖底和四壁糊了一层厚厚的窖泥。正是窖泥的存在，给了功能微生物菌群繁衍栖息的微环境。 ▲泥窖 而因地缸（陶缸）、石窖质地坚硬，没有微生物的生存空间，无论使用多久，也不会成为微生物繁衍栖息的温床. 因此，无论从工艺品质还是文化价值、文物价值上讲，清香的地缸、酱香的石窖都不如浓香的泥窖（尤指超过30 年以上的老窖）稀缺珍贵并富有传承意义。 浓香白酒酒体香气成分主要来自窖泥微生物的代谢产物，因此，窖池窖泥就成为浓香型白酒品质的保障，这也是“泥窖生香”的原理。 微生物独特的类型、数量、相互间关系使其在窖泥中不间断进行错综复杂的代谢活动，因此改善微生态环境对酒体品质、香气也发挥着重要的作用。 简单地说，浓香白酒在泥池酒窖中进行固态发酵，泥是载体，黄水是中介，微生物菌种是主要参与者。 其中，窖泥是酿酒微生物发酵的附着地，如果没有窖泥给酿酒微生物提供附着地，微生物的生命活动就会受到影响，甚至会失活，不能产生发酵作用，酿不出浓香型白酒。 许正宏在对泸州老窖窖泥微生物研究中发现，不同年代窖泥微生物群落结构形成了窖泥微生物细菌的多样性。 目前，泸州老窖窖泥中细菌菌群共检出1563种，分布在30个门、53个纲、287个属中。 泸州老窖窖泥中的优势微生物菌种有Caproiciproducens、Hydrogenispora、Synrophomonas、Ssdimentibacter、Clostridium等。 窖泥在其中主要扮演了两个角色。 首先，酒糟发酵是利用微生物的作用将酒糟中的有机物质分解成二氧化碳、水和有机酸等物质,使其成为一种优质的有机肥料。而窖泥是微生物生长的良好培养基，为微生物提供了成长所需的特定环境。 其次，窖泥在循环往复的使用过程中，大量具有产酒和增香功能的微生物富集，对浓香型白酒典型风格的形成发挥着重要作用。 正是窖泥和微生物的相互协作，让窖泥中附着了代代繁衍的酿酒微生物，在常年不间断的生产使用中，窖池中的酿酒微生物不断被驯化，产生出更为适合酿酒的新的微生物菌种，如此，产出的酒品质也就更好。 国内多位学者在研究泸州老窖不同窖龄不同位置间的微生物后发现，连续使用越久的窖池中的厌氧微生物越富集，微生物生态系统越稳定，产香味物质的功能微生物数量也呈上升趋势。 ▲不同窖龄窖泥原核微生物群落结构与演化规律 许正宏指出，长期不间断酿酒生产驱动窖泥菌群的进化，窖泥微生物逐渐由“散乱无序”演变成“模块清晰、功能协同”的稳定菌群结构。 在长期不间断酿酒生产驱动下，窖泥菌群的大分子水解功能降低，老窖泥中互营脂肪酸氧化菌和产甲烷菌的功能增强，它们与梭菌等产酸菌协作促进呈香脂肪酸积累。 老窖泥中重要产香微生物梭菌也从生物适应性的角度阐释了“老窖出好酒”的科学性。 ▲许正宏教授团队联合泸州老窖沈才洪教授级高工团队，对来自不同生境的130株梭菌进行了比较基因组学研究，揭示了窖泥来源和其他来源梭菌菌株基因组水平的功能差异。图为窖泥来源和非窖泥来源梭菌基因组的功能富集分析。 ❸ 谁在影响白酒风味？ 目前研究已经发现的白酒酿造微生物已多达上千种，如此多的微生物中，究竟是谁在影响着白酒的风味口感？ 江南大学在《浓香型白酒窖泥中梭菌群落多样性与窖泥质量关联性研究》中表明，浓香白酒酿造中，产酸、产醇、产酯、产醛酮类微生物都对白酒风味有着重要影响。 酸类物质是浓香型白酒中的重要成分，是形成酯类物质和芳香化合物的重要前提，浓香型白酒中主要酸类物质乙酸、乳酸、丁酸和己酸对白酒风味有重要影响。 ▲酸类物质相互作用原理图 白酒发酵中会产生大量乙醇，还会生成高级醇。高级醇是白酒中醇甜和助香的重要成分，能与酸形成酯类物质使酒体风味变得丰满。 适量的高级醇可赋予酒体特殊的香味，使酯香更浓，但过量的高级醇使酒质变差，使人“上头”，加重醉酒程度。 酯类物质则是白酒中芳香的主体，白酒中的果实香味或独特芳香气味大都来自于乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯等浓香白酒“四大酯”。 产醛酮类微生物也对白酒风味贡献极大，白酒中的杏仁味、烤味等丰富的香气层次正是来源于此。 此外，窖泥中的含水量也影响白酒品质，水是微生物细胞的重要组成成分，在微生物体内起着运输、溶剂、参与化学反应、构成生物体等作用，成熟窖泥中水分含量一般为 30 %～50 %。 这些肉眼不可见，而又默默无闻的微生物，在代代生长中各自发挥作用，最终形成了浓香白酒窖香浓郁、绵甜爽洌的风格特征。 ❹ 活着的微生物，活着的老窖池 对窖泥中微生物的研究，是学术界重要课题之一。 自上世纪60年代起，白酒研究者们逐步明确了浓香主体香味物质来自窖泥中的己酸菌。 ▲菌群成长与窖龄的关系图，其中己酸菌数量增长相对较缓慢。 而探寻微生物之于浓香白酒的价值意义，则以拥有450年不间断酿造窖池的“浓香正宗”泸州老窖为研究对象最具说服力。 许正宏认为，老窖出好酒，是长期不间断使用过程中微生物结构与功能进化的必然结果，因此，只有“活着的”老窖才具有真正的文物和使用价值。 从宏观自然环境，传承699年的酿制技艺，到古老酿酒窖池中的微观环境，人与微生物的相互协作在泸州老窖的酿酒工艺中体现的最为淋漓尽致。 北纬28度的中国酒城泸州，有着独特的地质、气候、土壤、水资源、原料和微生物环境，“地、窖、艺、曲、水、粮、洞”赋予了泸州老窖最得天赐的好酒元素。 自1573年起，舒承宗选择了用泸州城外五渡溪的黄泥筑窖，这里的窖泥粘性强，富含多种矿物质，其所含微生物种类繁多，数量庞大。 以此窖泥为基，建造出的窖池持续使用450年，长年累月的发酵作用下，形成了国宝窖池群稳定良好的微生物生态系统。 ▲五渡溪的黄泥 再配合以传承699年的酿制技艺智慧，“固态发酵、泥窖生香、续糟配料”，泸州老窖醇香美酒的诞生，功劳在人，在时间，也在微生物。 这些肉眼看不见的微生物，是酿造好酒的核心力量，也是成就浓香好酒的“菌脉”。 450年持续不间断酿造的古老窖池中，微生物不断繁衍迭代，酿酒微生物的生香能力、数量，优势菌种不断提升，加之浓香白酒独有的“续糟配料”工艺，让“菌脉”得以代代传承，活色生香。 “续糟配料”工艺，即每完成一次发酵周期，去掉窖帽部分的面糟，再加入新的高粱及辅料，代代循环、四季轮回、周而复始。这正如庄子在《庄子·天下》篇所讲：“一尺之棰，日取其半，万世不竭。” 正是这些活着的微生物、活着的窖池、活着的非遗手艺，方成就了泸州老窖的浓香标杆。 中科院院士方心芳曾言：“谁要是把泸州老窖老窖池里的微生物研究清楚了，谁就可以得诺贝尔生物学奖。” 今天，人们对老窖池出好酒的科学研究仍在持续开展中，人类从对微生物的驯化到实现酿造自由，最终成就了一杯杯人间佳酿。（备注：本文特引用许正宏微生物相关研究） 参考文献： [1]沈怡方. 试论浓香型白酒的流派[J]. 酿酒, 1992(5): 10-13. [2]范广璞,张安宁,王传荣,等. 论浓香型白酒的流派[J]. 酿酒科技, 2004(1): 81-83. [3]李维青. 浓香型白酒流派[J]. 酿酒科技, 2009,(12): 112-116. [4]谢玉球,谢旭. 浓香型白酒“淡雅”与“浓郁”流派的差异分析[J]. 酿酒科技, 2007. [5]胡晓龙.浓香型白酒窖泥中梭菌群落多样性与窖泥质量关联性研究[D].无锡：江南大学,2015. [6]唐玉明,沈才洪,任道群,等.老窖池窖泥特性研究[J].酿酒,2005(5)：24-28.
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