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茅台发力合成生物学:传统酿造与未来科技的融合

来源:光明网2025-03-25 09:33

  微生物的丰富、复杂,造就了茅台酒的美妙。

  这些酿造产生的丰富微生物资源,能否成为下一个新兴产业的起点?由数万个生态位的微生物塑造的茅台酒,还有哪些奥秘有待发现?品质是否还有继续精进的空间?酿造过程产生的大量副产物,有没有更多“变废为宝”的办法?

  茅台从传统酿酒智慧中走来,在技艺传承中,逐步形成了对酿酒的科学认知,实现了生产优化与质量提升。然而,随着传统生产力潜能的释放,茅台开始思考未来:如何进一步提升酿酒主业,如何拓展产业价值?答案,指向了生物科技前沿。

  3月20日,2025年春分论坛合成生物学创新与发展大会在茅台国际大酒店举行。来自清华大学、中国科学院、深圳理工大学、凯赛生物科技、中国食品工业协会、中国轻工业联合会、中国酒业协会等学界、产业、协会的代表,分享了对于合成生物学的思考、探索和实践。

茅台发力合成生物学:传统酿造与未来科技的融合

  合成生物学是一门融合生物学、工程学、信息科学的前沿交叉学科,作为第五代生物技术,其将工程学的原理与方法应用于生物技术领域,实现对生命体功能的定向改造或全新创造,在食品等众多行业有广阔的应用前景。茅台集团党委书记、董事长张德芹认为,合成生物学是解码生命规律的钥匙,更是推动可持续发展、实现绿色跃迁的核心引擎,是传统与未来的“共生密码”。

  茅台集团党委副书记、总经理王莉结合茅台实际,在大会上分享了茅台对新质生产力的实践与思考,并谈到了合成生物学如何助力于茅台的未来发展。

  王莉指出,茅台是第一代生物科技的代表,在长期酿酒生产中,自然生态、人文生态和微生态互相促进、互为支撑,构成了酿造生态体系,形成了茅台传统生产力的核心。如今拥抱合成生物学,是茅台由传统生产力向新质生产力转变的机遇。

  作为生物科技5.0版本的合成生物学近年突飞猛进,让1.0版本的茅台看到了向新质生产力转变的可行路径。

  茅台如何科学化认知生产力?

  酿酒,其实正是最早的生物制造技术之一。

  中国食品工业协会总工程师李宇指出,以传统酿造为代表的第一代生物技术,利用自然界的微生物开展发酵,依赖长期的经验积累。

  早期的白酒酿造,正是对传统生产经验积累、总结、运用的过程,但早期对于微生物的科学认知有限。随着需求端对于生产力的要求提升,基于经验的酿酒实践不可避免会遭遇瓶颈,要么无法扩大产量,要么无法保证品质稳定。

  在这样的背景下,茅台很早开始尝试从科学视角认知酿酒。

  1964年启动的“两期试点”,确立了茅台酒“酱香、醇甜、窖底”三种典型体的划分,并尝试用现代生物工程理论解析茅台工艺的科学机理,试点团队通过传统培养技术,从茅台酿造环境中分离微生物菌株。

  1974年,国家科技攻关计划开展了茅台酒易地生产大规模试验,证明茅台镇酿造微生态独特且不可复制。

  这一阶段的茅台,完成了第一步——初步建立对酿酒微生物的科学认知,印证了茅台酿酒具有工艺和产地的不可替代性,明确了茅台独特的自然生态。

  在当时的白酒行业,这是超前的发现,为后续优化、提升生产力提供了依据。

  此后二三十年,液态发酵产业快速发展,技术研发快速跟进,白酒等固态发酵产业的科研相应冷落下来。白酒行业的生产力提升,主要是基于酿酒经验的复制,以及一部分科研成果的应用。

  一直到新千年后,随着液态发酵产业稳定,科研重心重新转向了固态发酵,白酒产业再次进入快速发展阶段,相关的科学研究成果持续涌现。

  此后,茅台关于酿酒生态的科学研究持续深入化、系统化,包括持续开展对微生物的研究和核心菌株的发现,这些都帮助茅台从科学视角充分认识了自身的生产力构成。

  在3月20日的2025年春分论坛合成生物学创新与发展大会上,发酵与轻工生物技术出身的王莉,系统化介绍了茅台对其传统生产力的认识。

  王莉介绍,茅台的传统生产力核心是“三个生态”:自然生态、人文生态、微生态。自然生态主要是茅台镇以水、土、气、植被构成的生态禀赋,带来了不可复制的自然生态环境;人文生态主要是基于二十四节气开展生产而形成的茅台酒工法体系,包含30道工序,165个工艺环节,结合背后的工匠精神和技艺;微生态则是基于自然生态、人文生态酿造基酒而奠定的微生物环境,具有多样性、稳定性和功能性。

  “这三个生态之间互相促进,互为支撑,构成了酿造生态体系,奠定了基酒的典型性和多样性。”王莉介绍。

  微生态的多样性有数据可证——在茅台酒的酿造过程中,目前已经发现了3000余种微生物。

  而这种多样性是由时空要素塑造的。在不同的时节、空间,从微观、中观、宏观不同视角观察,微生态都会有所不同,从而对制酒生产带来不同影响。

  王莉举例,茅台在酿造过程中就发现,不仅不同产区的微生物主要菌种不同,不同海拔对制曲厂房的微生物环境也会带来影响,较高海拔制曲厂房具有更高的芽孢杆菌丰度,且糖苷酶系多样性更高,而较低海拔制曲厂房的克罗彭斯特菌占比更高。而在微观层面,即使是在同一个大曲发酵仓里,不同温区的主要菌种也会不同。此外就连酿酒的酵母菌,也要“休息生息”。

  对于微生态在不同时节、不同空间的变化,茅台基于研究已经掌握了一些规律,用于调节生产需求,保证工艺的稳定性和一致性。

  研究过程中,茅台也在不断发现新菌种。在茅台的窖底泥中,茅台分别新发现并命名了“石窖梭菌”和“茅台梭菌”两株新种,其与茅台酒基酒的窖底香有很大关联。

  “‘时’‘空’‘法’之间的相互配合、协同、平衡,是茅台传统生产力的体现,形成了茅台独具特色的‘时空法’匠心质量管理模式。”王莉介绍。

  如何借力合成生物学?

  把握“三组关系”

  随着茅台进入高质量发展阶段,做到以上这些,还不够。

  “茅台现在的体量决定了我们必须进入高质量发展时代,就是要抓好科技创新、产业创新、抓好科技创新和产业创新的融合,因地制宜地加快发展新质生产力。”王莉认为。

  一方面,茅台乃至整个白酒行业对于酿酒微生态的研究,也只是揭开了微生物王国的“冰山一角”。酿酒这门学问还有广大探索空间,还有更多的未知微生物、微生物之间更复杂的关系,等待科学去揭示。

  另一方面,茅台研究微生态过程中所发现一些有价值的微生物,以及酿酒废弃物中的有益成分,能否更好地产业化,从而形成更大的环保效益乃至经济效益?

  作为生物科技5.0版本的合成生物学,可能蕴藏着这两方面的解题思路。

  王莉提到,以在食品医药领域广泛应用的角鲨烯为例,最早是在鲨鱼鱼翅中发现,但研究发现其在茅台酒中也微量存在,说明酿酒环境中有微生物能生成这一物质。如果能通过合成生物学的细胞工厂模式将其生产出来,既有利于环保,也造福大众。

  王莉指出:“合成生物学一定是开创未来的生物技术,茅台作为生物制造1.0版本的企业,要积极拥抱合成生物学。”然而,对于一家不断优化、提升传统生产力而成长起来的企业,如何让前沿科学更好地服务其发展,核心是要处理好“科学与技术,传承与创新,科技创新与产业创新”三组关系。

  科学与技术方面,王莉强调白酒酿造结合本质主义和经验主义,需将科学认知应用于生产实践。

  传承与创新方面,王莉提出应保护影响微生物稳定性和多样性的工艺,同时对非生物工序进行创新。

  科技创新与产业创新方面,王莉主张将科技创新成果应用于产业链的绿色化、高端化转型升级。

  为我所用、我为其用:

  茅台的合成生物学实践观

  为我所用,是指通过合成生物学的手段和工具,对茅台复杂的微生物体系进行解析,帮助我们研究清楚微生物间的协作关系,发现更多的暗物质以及风味代谢相关的功能。

  我为其用,一方面是指结合茅台丰富的微生物资源库开展利用。另一方面,是指茅台所处的传统产业,具有众多挑战性的场景,可给新兴的生物科技等产业提供产业应用场景,帮助这些产业更快步入产业化、商业化,完成从1到100的跨越。

  在这样的实践观指导下,就合成生物学的具体应用,茅台已明确初步方向,其中重要的方向是在环保领域。基于茅台对酿酒副产物的资源化利用,茅台已有诸多探索,但仍然有提升空间。合成生物学技术,为废弃物利用向资源化、高端化发展提供了路径。

  茅台科学与技术研究院酿造环境生态研究中心主任陈笔介绍,茅台目前正在探索包装材料覆膜及酒瓶底座的化石基材料替代研究,利用合成生物学技术将酒糟、窖底水中的有机成分转化为可降解生物基材料,形成的生物基材料相比现有生物基产品可降低50%成本,目前项目正处于验证阶段。

  茅台也在与合作方研究将酒糟废弃物转化为高蛋白饲料的路径。目前这一项目已经完成小试,从目前试验结果来看,1吨酒糟可生产0.4吨高蛋白饲料,转化率突出。这一技术的产业化路径如能打通,将大幅提升酿酒废弃物的经济价值,实现绿色化、高端化发展。

  在中国酒业协会秘书长何勇看来,中国酒业已迈入高质量发展的新阶段,随着合成生物学等生物制造关键技术的突破,科技未来将深刻改变中国酒业的发展规律,茅台结合合成生物学开展的科研探索,不仅推动自身的转型升级,也有望为白酒产业的可持续发展提供宝贵经验。(“未成年人禁止饮酒”)

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