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酱香型白酒独特的高温酿造工艺,造成其酿造微生物独特的生理代谢特征及机制,形成特殊的白酒风味。拜耳接合酵母(Zygosaccharomyces bailii)是酱香型白酒酿造体系中的优势菌株,但是其酿造功能及机制还不清楚。认识Z.bailii在酱香型白酒发酵环境下的酿造特征及代谢机制,有助于解析Z.bailii在酱香型白酒酿造过程中的功能,并完善酱香型白酒酿造理论体系。本文以酱香型白酒酿造过程中一株性能优良的Z.bailii 15菌株作为研究对象,通过研究Z.bailii 15在不同酿造环境下的乙醇及风味代谢特征,结合基因组学和转录组学技术,从分子角度进一步揭示其发酵代谢机制。主要研究内容与结果如下:(1)以Saccharomyces cerevisiae MT1为参照,研究Z.bailii 15的酿造特征及风味物质代谢途径。研究发现,Z.bailii 15发酵终点时生物量约为S.cerevisiae MT1的80%,其最高乙醇产量(4.02 g·L-1)约为S.cerevisiae MT1的36%。风味物质生成方面,Z.bailii 15产醇及产酮能力低于S.cerevisiae MT1,但是其产酸类、酯类和醛类物质的能力分别是S.cerevisiae MT1的1.75倍、2.28倍和3.45倍。此外,它能够代谢19种特有的风味化合物,包括2-庚醇、2-壬醇、1-壬醇、己醇、香叶醇、2-庚酮、丙酸和丁酸等,对酱香型白酒风味有重要作用。基因组分析表明,在Z.bailii 15基因组中能找到用于风味形成的Harris途径和Ehrlich途径中的关键基因,包括至少14种氨基转移酶、3种酮酸脱羧酶、4种醇脱氢酶和3种醛脱氢酶基因。同时,在Z.bailii 15基因组中找到特有基因ARO9、ARO8和ALDH2,这与其独特的风味代谢有一定关系。(2)比较Z.bailii 15在30°C和37°C条件下的酿造特性及机制,发现37°C条件下,Z.bailii 15发酵终点时的生物量较30°C时下降约32%,其最高乙醇产量(2.23 g·L-1)下降约45%。同时,其单位菌体风味物质产量也发生显著改变。尽管Z.bailii 15产醇和产酯的能力没有显著变化,其产酮能力显著下降;但其产酸类和醛类物质的能力显著提高,较30°C时分别提高110%和41%,说明37°C下更利于这些重要风味物质提高。转录组分析结果显示:相较于30°C,37°C条件下Z.bailii 15中分别有126和131个基因表达显著上调和下调(≥2-fold,P<0.05)。其中与氨基酸转运相关的基因表达显著提高,氨基酸是风味物质主要来源之一,相关基因表达上调有助于风味物质的产生。此外,Z.bailii 15中与MAPK信号通路、酵母细胞繁殖、细胞壁形成相关的基因表达也显著改变,这对Z.bailii 15高温环境下的生存具有一定作用。(3)通过Z.bailii 15与白酒酿造主要微生物S.cerevisiae MT1、Lactobacillus buchneri XJ-L2和Bacillus licheniformis MT6相互作用研究发现,Z.bailii 15的生长及乙醇代谢受到S.cerevisiae MT1的抑制,而不受L.buchneri XJ-L2和B.licheniformis MT6的影响。同时,Z.bailii 15与S.cerevisiae MT1、L.buchneri XJ-L2共培养时的风味物质产量下降,但与B.licheniformis MT6共培养时,其风味代谢却显著提高,其中醇类、酸类、酯类和醛类物质含量较其纯培养时分别上升41%、36%、44%和73%。转录组数据分析表明,与B.licheniformis MT6共培养时,Z.bailii 15中与碳水化合物代谢、氨基酸代谢和能量代谢相关的基因表达显著上调(≥2-fold,P<0.05),而碳水化合物和氨基酸是风味物质的主要来源,其相关基因的表达上调有助于Z.bailii 15的风味代谢。