探秘千年酒香：高效菌株篩選開拓釀造研究新路徑

來源：貝克曼庫爾特商貿（中國）有限公司分類：應用方案

2025-07-25 17:15:18 62閱讀次數

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白酒

作為中國特有的蒸餾酒，也是世界六大蒸餾酒（白酒、白蘭地、威士忌、伏特加、金酒、朗姆酒）中唯一以固態發酵、固態蒸餾為核心工藝的酒種，具有鮮明的“中國風土”特征承載著數千年的華夏文明。

其酒質或無色透明，或微黃晶瑩，散發著迷人的芳香，入口綿甜爽凈，酒精度數較高，歷經歲月陳釀，形成以酯類為主體的復雜而迷人的復合香味。白酒的釀造原料豐富多樣，高粱、小麥、玉米、大米等糧食作物皆可為之，通過蒸煮、糖化、發酵、蒸餾、陳釀、勾兌等一系列精細且獨特的工序，誕生了無數風格迥異的佳釀。按照國標可分為醬香、濃香、清香、米香、兼香、鳳香、豉香、芝麻香、特香、老白干香、馥郁香、董香等12大香型。

俗語云：“千年老窖萬年糟，酒好全憑窖池老”，不同香型白酒的“基因密碼”藏在大曲、窖泥、酒醅的微生物組里。

一

傳統白酒釀造工藝

（以主流三大香型為例）

表1：傳統白酒釀造工藝

醬香
關鍵原料	紅纓子高粱
核心工藝	12987工藝（1年周期、2次投料、9次蒸煮、8次發酵、7次取酒）+高溫大曲（60–65°C）
典型發酵周期	≥1年
主要功能微生物	Bacillus、Lactobacillus、Saccharopolyspora、Kroppenstedtia

濃香
關鍵原料	多糧（高粱、大米、糯米、小麥、玉米）
核心工藝	泥窖固態續糟發酵，混蒸混燒
典型發酵周期	60–90天（現代控溫窖池可縮至45天）
主要功能微生物	Clostridium kluyveri（產己酸）、Lactobacillus、Pichia

清香
關鍵原料	高粱
核心工藝	地缸/陶缸發酵，清蒸清燒
典型發酵周期	21–28天
主要功能微生物	Saccharomyces cerevisiae、Lactobacillus、Rhizopus

二

傳統白酒釀造結合

現代技術的高通量篩選

但當傳統固態發酵遇見21世紀的自動化、數字化與人工智能，白酒行業正在迎來一場“微生物工業革命”。

表2：傳統白酒釀造結合現代技術的高通量篩選

高通量菌株篩選技術的應用：

傳統微生物培養和鑒定技術：隨著科技的飛速發展，白酒菌株的研究取得了顯著進展?？蒲腥藛T通過現代生物技術手段，對白酒釀造過程中的微生物群落進行了深入研究。從大曲、小曲到窖泥，每一個環節中的微生物都成為了研究的焦點。例如，在濃香型白酒的研究中，對窖泥中的微生物進行了大量分離和鑒定，發現了多種對風味物質合成有重要貢獻的菌株，如產香梭狀芽孢桿菌，它能夠產生丁酸、戊酸乙酯、乙酸乙酯和2-戊酮等重要的風味成分，為濃香型白酒的典型風味形成提供了關鍵支撐。在醬香型白酒中，對高溫大曲中的微生物進行研究，發現了一些耐高溫、耐高鹽的特殊微生物，它們在醬香物質的形成過程中發揮著獨特作用。

高通量測序技術等現代分子生物學手段：通過對微生物基因組的測序和分析，可以更深入地了解微生物的代謝途徑、功能基因以及它們之間的相互作用關系。例如，利用鳥槍法宏基因組學方法，能夠對發酵食品（包括白酒）中的微生物群組進行全面研究，識別到在樣本中發揮重要作用的非優勢微生物群落，這為揭示白酒風味形成的微生物機制提供了有力工具。然而，盡管目前取得了不少成果，但白酒釀造微生物領域仍存在諸多未知。不同地區、不同工藝的白酒微生物群落差異巨大，如何精準調控這些微生物，實現白酒風味的穩定和提升，仍是亟待解決的問題。

傳統篩選的技術瓶頸：

香型復雜、微生態非均相，導致表型-基因型關聯困難；

人工篩選通量<103株/年，難以覆蓋自然菌群多樣性（>10?株）；

實驗室結果到噸級生產的放大培養易失真問題。

三

實驗室自動化：

高通量菌株篩選的“加速器”

在白酒菌株研究面臨挑戰的背景下，實驗室自動化技術的引入為高通量菌株篩選帶來了新的曙光，展現出諸多傳統方法難以比擬的優勢：

① 高通量篩選，提升效率

從“千株級”到“百萬株級”，一次性覆蓋自然菌群多樣性：以96孔板或384孔板為載體，一次實驗可以同時對數百個甚至上千個菌株進行培養、篩選和檢測。

② 精準控制實驗條件，確保結果可靠性

白酒釀造微生物的生長和代謝對環境條件極為敏感，溫度、pH 值、營養成分等微小的差異都可能影響菌株的性能和實驗結果。實驗室自動化系統能夠精準控制這些實驗條件，確保每個樣本都處于相同且穩定的環境中。

③ 實時監測與數據分析，助力快速決策

自動化系統配備了先進的傳感器和數據采集分析軟件可管理追蹤實驗數據，能夠實時監測菌株的生長狀態、代謝產物的生成等信息。為白酒行業建立“微生物批次檔案” 。

四

貝克曼庫爾特生命科學

高通量菌株篩選實驗室自動化方案

① 高通量自動化篩選平臺

高通量自動化篩選平臺：以Biomek液體處理工作站、集成自動化培養箱、自動化耗材供給站、自動化離心機、自動化開蓋PCR儀、酶標儀、自動化片段分析儀、自動化封膜機和撕膜機等功能性設備，可實現智能化，個性化的菌株高通量篩選工作，將大規模的菌株篩選效率和一致性提升到工業級。

特色應用：

優勢菌株篩選，抗性/功能性菌株篩選；

菌株培養基條件優化，菌株逆境培養篩選；

菌株生長曲線測定；

誘導菌株蛋白表達，并通過酶標反應檢測蛋白活性，進行功能性篩選；

分子生物學實驗，如NGS文庫構建，質粒提取等。

② 高通量自動化復篩平臺（BioMektor）

特色應用：

可自動完成培養基制備和優化；

接種、自動收樣和樣品保存；

pH調控、補料、發酵、培養條件優化。

參數特征：

高通量（48孔微孔板）；

多參數實時在線檢測；

工作體積?。?00-2400μL）；

孔間無差異，平行性好，明確的氧傳率；

智能自動化，補料、PH調控策略靈活；

無需校準、裝管，適合有氧、微氧、厭氧。

③ “數字孿生”驅動的智能釀造

通過合成生物學技術手段，通過“自動化+AI學習”把培養基優化從“手工試錯”變成“數據驅動”的閉環，一方面助力白酒釀造過程中充分挖掘尚未被發現的物種、基因、酶等微生物“暗物質”，并了解其背后的協作關系和代謝功能，實現“為我所用”。另一方面，要聚焦白酒的微生物“暗物質”，挖掘高附加值產物合成潛力，實現目標產物高效生產和產品開發，不斷開辟白酒微生物制造新賽道，為生物科技產業提供應用場景，實現“我為其用”。

Schilling, C., (2025). Machine learning-led semi-automated medium optimization reveals salt as key for flaviolin production in Pseudomonas putida. Communications Biology, *8*, Article 123. https://doi.org/10.1038/s42003-025-08039-2

小結

當古老的窖池遇見高通量自動化篩選平臺，中國白酒正在用微生物的語言，向世界講述東方風味的未來故事：

高通量自動化篩選平臺實現高通量，高精度樣本篩選處理，提升酒類微生物的生產性能；

高通量自動化復篩平臺可實現多參數實時監控，確保每個樣本能夠處于相同環境中；

“數字孿生”可建立可重復，可溯源的“微生物檔案”，實現表型-基因型-環境參數實時關聯，加速“設計-構建-測試-學習”循環；

隨著實驗室自動化技術在白酒菌株篩選中的深入應用，我們對白酒釀造微生物的認識將更加深入，白酒行業也將迎來新的發展機遇。

未來，通過高通量菌株篩選，有望發現更多具有優良性能的菌株，這些菌株或許能夠提高白酒的出酒率、改善風味品質、增強產品穩定性。例如，篩選出能夠高效利用原料的菌株，在不增加成本的前提下提高白酒產量；或者篩選出能夠產生新風味物質的菌株，為白酒產品創新提供可能，滿足消費者日益多樣化的口味需求。同時，結合基因編輯等現代生物技術，對篩選出的優良菌株進行定向改造，進一步優化其性能，將為白酒釀造工藝的革新帶來新的突破。

實驗室自動化開啟的高通量菌株篩選新篇章，將為白酒行業的高質量、創新性發展注入強大動力，讓這一古老的傳統產業在現代科技的加持下煥發出新的生機與活力。