酒曲是中国白酒酿造的糖化发酵剂,对白酒发酵过程中糖化、乙醇及风味代谢有重要影响。然而,酒曲中糖化酶谱的组成特征和形成机制及其对白酒发酵代谢的影响均不清晰;解析酒曲中糖化酶谱的形成机制及其对白酒发酵代谢的影响,对调控制曲过程提高酒曲的品质与功能、促进白酒发酵代谢以及构建科学合理的酒曲质量评价体系具有重要意义。小曲是白酒酿造过程中一类通用酒曲,具有糖化发酵力强、生产周期短等特点;因此,本文选用典型小曲——广东饼曲及其机械化散曲为研究对象,采用系统生物学的理论和分析方法,就小曲糖化酶谱的组成特征及形成机制,以及小曲对白酒发酵过程的影响展开研究。本文的主要研究结果如下:(1)采用高通量测序和宏蛋白质组学等多组学联用技术揭示小曲糖化酶谱和糖化微生物菌群的组成特征。小曲中鉴定到59种碳水化合物水解酶(15种辅助氧化还原酶、11种碳水化合物酯酶、21种糖苷水解酶和12种糖基转移酶等);其糖化酶谱主要由21种糖苷水解酶组成,其中α-淀粉酶和葡萄糖苷酶是该体系中最重要的糖化酶,其相对含量分别为0.11%、0.27%,且主要由根霉属、曲霉属和根毛霉属等成员分泌;原位体系中根霉属、曲霉属和根毛霉属等糖化微生物的相对丰度分别为17.4%、8.3%和0.05%。(2)基于不同制曲方式的产酶特征及驱动因素分析,揭示小曲糖化酶谱的形成机制。传统饼曲以块曲为制作形式,其糖化酶活力(409.0±66.0 U/g DW)明显高于新工艺散曲(224.5±105 U/g DW)(P<0.05);研究发现:8种糖苷水解酶在两类小曲间表达差异(P<0.05&差异倍数<0.83或>1.20);块曲中淀粉水解酶含量明显高于散曲,其中块曲中葡萄糖苷酶相对含量(0.27%)是散曲(0.20%)的1.35倍,而α-淀粉酶在散曲中未表达。分析驱动因素发现:小曲容重与其糖化酶谱组成具有显著关联性(R~2>0.60),块曲的容重(0.78±0.03 g/cm~3)明显高于散曲(0.62±0.04 g/cm~3)(P<0.05);实验室模拟体系研究发现:当小曲容重增加2.4倍时,曲坯中水分含量和酸度下降了1.1和2.0倍,使得糖化微生物生物量和糖化酶活力增加了1.2和3.3倍。(3)对白酒发酵过程中糖化酶进行溯源分析,揭示小曲对该发酵过程中糖化酶谱的贡献度;进一步评估小曲糖化酶对乙醇代谢的影响,并揭示多酶协同糖化的高效作用模式。白酒发酵过程中共鉴定到46种碳水化合物水解酶;其糖化酶谱主要由25种糖苷水解酶组成,其中16种糖苷水解酶由小曲提供,占总数的64%;其中小曲来源的α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶与该白酒发酵过程中乙醇代谢具有显著关联性(R~2>0.60);研究发现:相对于单一葡萄糖苷酶作为发酵剂,以1:6比例组合α-淀粉酶和葡萄糖糖苷酶作为发酵剂时,该白酒发酵过程中乙醇产量提高了1.2倍。(4)通过对白酒发酵过程中糖谱分析,揭示小曲糖化酶对该发酵过程中糖谱形成及微生物生长代谢的影响。该白酒发酵过程中糖谱成员主要为葡萄糖、D-半乳糖、阿拉伯糖、麦芽糖和纤维二糖等;该过程中糖谱的形成与小曲来源的α-淀粉酶和葡萄糖苷酶等糖化酶具有显著关联性;此外,糖谱中葡萄糖和麦芽糖等成员与该白酒发酵过程中微生物群落的演替变化具有显著关联性(R~2>0.60);研究发现:相对于单一葡萄糖作为底物,以9:1比例组合葡萄糖和麦芽糖作为底物时,能促进该白酒发酵过程中微生物成员的相互作用;其中酿酒酵母和发酵乳杆菌等主要群落成员的生物量分别提高了1.2倍,乙醇产量也提高了1.8倍。综上所述,本研究揭示了小曲糖化酶谱的组成特征及形成机制,以及小曲糖化酶对白酒发酵过程的影响。本研究为控制生产工艺参数制备高品质小曲、或组装成品小曲获取高效作用的糖化发酵剂,提供了重要理论指导;同时,本研究也为构建基于组学特征的酒曲质量评价体系提供了一定理论支撑和技术指导。