沂蒙濃香型白酒是中國傳統(tǒng)蒸餾酒的主要香型之一，以瀘州老窖為典型代表，其核心特點為“醇香濃郁，回味悠長，清冽甘爽，飲后尤香”。濃香型白酒的釀造采用“續(xù)糟配料、混蒸混燒”的固態(tài)發(fā)酵工藝，核心步驟包括原料（高粱為主）粉碎、潤糧、蒸煮、拌曲（大曲粉）、入窖發(fā)酵（30～90 d）及蒸餾。酒醅是濃香型白酒釀造過程中的發(fā)酵基質(zhì)，由高粱等谷物原料、大曲糖化發(fā)酵劑及輔料糠殼等混合后經(jīng)固態(tài)發(fā)酵形成，其物理形態(tài)呈現(xiàn)濕潤的固-液混合態(tài)，富含多種微生物、酶系及代謝中間產(chǎn)物。酒醅在泥窖中進(jìn)行的固態(tài)厭氧發(fā)酵，對濃香型白酒特征風(fēng)味物質(zhì)的形成至關(guān)重要，是確保白酒卓越品質(zhì)與穩(wěn)定產(chǎn)出的關(guān)鍵所在。

濃香型白酒酒醅微生物群落的形成是一個多源協(xié)同的復(fù)雜生態(tài)過程，其微生物來源主要包括環(huán)境微生物、大曲微生物和窖泥微生物三大類。濃香型白酒釀造的開放式操作使得環(huán)境微生物（空氣、工具、操作人員等）能夠持續(xù)參與酒醅微生物群落的動態(tài)演替，如空氣中的乳酸菌（如Lactobacillus）和酵母菌（如Saccharomyces）通過自然沉降進(jìn)入酒醅以及工作人員在對酒醅進(jìn)行處理過程中引入環(huán)境中的芽孢桿菌（Bacillus）和放線菌（Actinobacteria）。Xu Yan等的研究明確指出，空氣微生物群落是酒醅功能性微生物的重要來源，直接參與調(diào)控糖化、乙醇發(fā)酵及風(fēng)味物質(zhì)合成等關(guān)鍵生化過程。大曲作為白酒釀造的核心糖化劑、發(fā)酵劑和生香劑，其微生物群落與酶系對酒醅發(fā)酵具有決定性作用。肖辰采用高通量測序技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，大曲微生物在酒醅初始發(fā)酵階段貢獻(xiàn)了約80%的細(xì)菌和真菌群落，但隨著酒醅發(fā)酵的進(jìn)行，其優(yōu)勢地位逐漸被其他來源微生物所替代。窖泥微生物群落作為厭氧功能菌的種子庫，通過酸化-酯化級聯(lián)反應(yīng)塑造白酒的典型風(fēng)味特征。例如，窖泥中的梭菌屬（Clostridium）和乙醇生孢產(chǎn)氫菌屬（Hydrogenispora）等嚴(yán)格厭氧菌代謝產(chǎn)生的短鏈脂肪酸（丁酸、己酸等）與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)，形成濃香型白酒的特征性風(fēng)味物質(zhì)。高江婧、毛鳳嬌等研究表明，窖泥微生物在發(fā)酵中后期持續(xù)影響酒醅菌群結(jié)構(gòu)，通過不斷補(bǔ)充厭氧功能菌，顯著提升了己酸乙酯、己酸等關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)的生物合成效率。然而，在開放式操作條件下，三大微生物來源（環(huán)境、大曲、窖泥）對酒醅菌群組成結(jié)構(gòu)的具體貢獻(xiàn)比例尚不清晰，發(fā)酵過程中優(yōu)勢物種的溯源研究仍顯不足，同時，優(yōu)勢物種與微生物群落代謝網(wǎng)絡(luò)之間的功能關(guān)聯(lián)需深入解析。

因此，四川輕化工大學(xué)食品與釀酒工程學(xué)院的文悅、張宿義*，瀘州老窖股份有限公司（國家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心）的宋攀等對濃香型白酒酒醅發(fā)酵過程中微生物群落的溯源及代謝譜進(jìn)行分析，探究釀酒車間環(huán)境、大曲、窖泥和發(fā)酵過程中酒醅微生物群落的組成結(jié)構(gòu)與群落差異；評估微生物來源（環(huán)境、大曲、窖泥）對酒醅菌群構(gòu)建的貢獻(xiàn)度；分析酒醅發(fā)酵過程中微生物群落的代謝譜及優(yōu)勢微生物與關(guān)鍵代謝物的關(guān)聯(lián)性。旨在為濃香型白酒釀造工藝的優(yōu)化提供理論支撐，推動白酒產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 環(huán)境、大曲、窖泥和酒醅微生物群落的組成結(jié)構(gòu)

1.1 環(huán)境、大曲、窖泥和酒醅微生物群落的多樣性

微生物群落的多樣性通常用Chao 1、ACE、Shannon以及Simpson等指數(shù)進(jìn)行表征。其中，Chao 1和ACE指數(shù)主要用于評估群落內(nèi)物種的豐富度（即物種總數(shù)）；而Shannon和Simpson指數(shù)則是用來衡量群落的多樣性。在細(xì)菌群落方面，環(huán)境細(xì)菌群落與酒醅細(xì)菌群落的豐富度和多樣性呈現(xiàn)出顯著差異。相比之下，大曲、窖泥的細(xì)菌群落與酒醅細(xì)菌群落的豐富度較為接近，但在多樣性方面存在顯著差異（圖1a）。值得一提的是，酒醅細(xì)菌群落的Simpson指數(shù)接近1，這一現(xiàn)象表明酒醅細(xì)菌群落主要由單一優(yōu)勢菌所主導(dǎo)。于真菌群落而言，大曲、窖泥的真菌群落與酒醅真菌群落的豐富度和多樣性并無顯著差異。但環(huán)境真菌群落與窖泥、酒醅真菌群落的豐富度存在顯著差異，同時與大曲真菌群落的多樣性也呈現(xiàn)出顯著差異（圖1b）。

1.2 環(huán)境、大曲、窖泥和酒醅微生物群落組成

通過擴(kuò)增子測序?qū)庀阈桶拙漆勗飙h(huán)境、大曲、窖泥和酒醅微生物群落屬水平的相對豐度進(jìn)行分析，對環(huán)境、大曲、窖泥和發(fā)酵過程中酒醅樣品的微生物豐度求均值并將豐度占比＜1%的各細(xì)菌屬類和真菌屬類歸為Others，同時，將豐度占比≥1%的各細(xì)菌屬和真菌屬定義為優(yōu)勢微生物。在細(xì)菌群落方面，釀酒車間環(huán)境中的優(yōu)勢微生物包括Thermoactinomyces、Lactobacillus、Bacillus、Kroppenstedtia、Staphylococcus等，其占比分別為10.6%、7.0%、6.0%、4.7%、4.2%。酒醅所使用的大曲糖化發(fā)酵劑中的優(yōu)勢微生物為Bacillus、Weissella、Thermoactinomyces、Kroppenstedtia、Saccharopolyspora等，占比依次為20.4%、16.9%、16.0%、12.8%、9.3%。酒醅發(fā)酵窖泥中的優(yōu)勢微生物有Caproiciproducens、norank_f__Caloramatoraceae、Corynebacterium、Clostridium、Sedimentibacter等，占比分別為30.8%、12.3%、4.5%、4.2%、3.1%（圖2a）。在酒醅發(fā)酵過程中，相對豐度≥1%的細(xì)菌物種共計11 個，主要為Lactobacillus、Thermoactinomyces、Bacillus、Kroppenstedtia、Weissella、Saccharopolyspora、Acetobacter、Staphylococcus 等微生物。它們在酒醅發(fā)酵過程中的占比范圍分別為＜1%～99.6%、＜1%～41.0%、＜1%～31.8%、＜1%～18.1%、＜1%～1 5.4%、＜1%～1 0.3%、＜1%～5.6%、＜1%～4.6%（圖2c）。其中，Bacillus、Kroppenstedtia、Weissella、Saccharopolyspora等是酒醅發(fā)酵第0～12天的優(yōu)勢微生物。而在酒醅發(fā)酵第12天之后，Lactobacillus逐漸成為酒醅發(fā)酵過程中的絕對優(yōu)勢微生物（相對豐度＞90%）。這一現(xiàn)象與2.1.1節(jié)中酒醅細(xì)菌群落Simpson指數(shù)接近1的情況相互印證，充分表明酒醅發(fā)酵后期的細(xì)菌群落主要由單一優(yōu)勢菌所主導(dǎo)。

在真菌群落方面，釀酒車間環(huán)境中的優(yōu)勢微生物包括Aspergillus、Wallemia、Thermomyces、Kodamaea、Debaryomyces等，其占比分別為26.4%、23.8%、11.8%、8.8%、3.7%。大曲真菌群落中的優(yōu)勢微生物為Thermomyces、Saccharomycopsis、Aspergillus，占比依次為77.9%、12.5%、7.1%。酒醅發(fā)酵的窖泥中的優(yōu)勢微生物有Thermomyces、Aspergillus、Saccharomycopsis、Pichia、Saccharomyces等，占比分別為69.5%、10.0%、8.4%、1.9%、1.6%（圖2b）。在酒醅發(fā)酵過程中，相對豐度≥1%的真菌屬總計10 個，主要包含Kazachstania、Thermomyces、Saccharomyces、Pichia、Saccharomycopsis、Aspergillus、Debaryomyces、Thermoascus等優(yōu)勢微生物。它們在酒醅發(fā)酵過程中的占比范圍分別為＜1%～68.4%、6.5%～79.3%、＜1%～23.0%、＜1%～24.8%、＜1%～10.7%、＜1%～6.2%、＜1%～2.7%、＜1%～1.9%（圖2d）。其中，Kazachstania在酒醅發(fā)酵第12天及之后，相對豐度均保持在50%以上，為酒醅發(fā)酵過程中真菌群落的絕對優(yōu)勢微生物。本研究中酒醅發(fā)酵過程的優(yōu)勢微生物與先前有關(guān)濃香型白酒酒醅微生物群落的研究結(jié)論相符。

2 酒醅微生物群落的溯源

對環(huán)境、大曲、窖泥和酒醅微生物群落交集情況展開分析以探究其共有及特有物種的數(shù)量，如圖3a、b所示，環(huán)境、大曲、窖泥和酒醅共有細(xì)菌物種37 種，而共有真菌物種僅有24 種。環(huán)境樣品獨有的物種數(shù)量最多，其獨有細(xì)菌物種有442 種，真菌物種有262 種。

為明晰不同來源微生物群落在酒醅發(fā)酵過程中的占比狀況，對酒醅發(fā)酵過程的微生物群落開展了溯源分析（圖3c、d）。在細(xì)菌群落方面，環(huán)境微生物對酒醅細(xì)菌群落的貢獻(xiàn)程度最大，高達(dá)64.6%；大曲細(xì)菌群落對酒醅細(xì)菌群落的貢獻(xiàn)度為35.2%；而窖泥細(xì)菌群落的貢獻(xiàn)度極小，可忽略不計（＜1%）。其中，在酒醅發(fā)酵的前12 d，微生物群落主要源自大曲；而在發(fā)酵第12天之后，酒醅細(xì)菌群落基本來源于環(huán)境微生物。在真菌群落方面，窖泥微生物群落對酒醅的貢獻(xiàn)度最大，為50.2%；大曲微生物群落對酒醅真菌群落的貢獻(xiàn)度為9.1%；環(huán)境真菌群落的貢獻(xiàn)度可忽略不計（＜1%）。具體而言，在酒醅發(fā)酵的第0天，其真菌群落主要來源于大曲；隨后在酒醅發(fā)酵的前12 d，真菌群落主要來源于窖泥。而在酒醅發(fā)酵第12天之后，酒醅真菌群落一半以上來源于未知源。這或許是因為隨著酒醅進(jìn)入發(fā)酵中期和后期，與之緊密接觸的窖泥微生物群落逐漸向酒醅遷移擴(kuò)散，進(jìn)而增加了酒醅真菌群落的多樣性，導(dǎo)致未知物種的出現(xiàn)。

對酒醅發(fā)酵過程中優(yōu)勢微生物（相對豐度＞1%）在不同來源（環(huán)境、大曲、窖泥）中的占比情況進(jìn)行分析（圖3e、f）。在細(xì)菌群落方面，環(huán)境來源對Lactobacillus、Staphylococcus、Acetobacter等優(yōu)勢細(xì)菌屬的貢獻(xiàn)最大，占比分別為72.5%、50.8%和74.0%。大曲來源則對Thermoactinomyces、Bacillus、Kroppenstedtia、Weissella、Saccharopolyspora、norank_f__Mitochondria、norank_o__Chloroplast、Limosilactobacillus等優(yōu)勢細(xì)菌屬貢獻(xiàn)最大，其占比依次為58.6%、76.4%、72.0%、88.0%、68.1%、91.1%、68.1%和82.6%。與之相比，窖泥來源對酒醅優(yōu)勢細(xì)菌屬的貢獻(xiàn)極小，幾乎可以忽略不計。在真菌群落方面，環(huán)境來源對Aspergillus、Debaryomyces、Penicillium等優(yōu)勢真菌屬的貢獻(xiàn)最大，占比分別為69.9%、98.8%和57.6%。大曲來源對Thermomyces、Saccharomycopsis、Thermoascus等真菌屬的貢獻(xiàn)最為突出，占比分別為48.7%、53.3%和69.7%。而窖泥來源對Kazachstania、Saccharomyces、Pichia、Dipodascaceae_gen_Incertae_sedis等優(yōu)勢真菌屬的貢獻(xiàn)率最高，占比分別為57.0%、96.7%、51.1%和95.8%。

結(jié)合優(yōu)勢微生物在不同來源中的占比情況、溯源分析結(jié)果以及酒醅發(fā)酵過程中微生物群落的演替規(guī)律來看，在細(xì)菌群落方面，酒醅發(fā)酵前期豐度較高的Thermoactinomyces、Bacillus、Kroppenstedtia、Weissella等優(yōu)勢細(xì)菌屬主要來源于大曲，而在發(fā)酵中后期相對豐度占據(jù)絕對優(yōu)勢的Lactobacillus主要來源于環(huán)境。在真菌群落方面，在酒醅發(fā)酵過程中相對豐度較高的Kazachstania、Saccharomyces、Pichia等優(yōu)勢真菌屬主要來源于窖泥微生物群落。

3 環(huán)境、大曲和窖泥微生物群落的功能預(yù)測

通過京都基因與基因組百科全書（KEGG）數(shù)據(jù)庫獲得EC信息，并根據(jù)不同來源操作分類單元（OTU）的豐度計算各功能類別酶的豐度。對環(huán)境、大曲和窖泥微生物群落的優(yōu)勢酶（豐度前50）進(jìn)行富集分析（圖4a、b）。在細(xì)菌群落方面，環(huán)境與大曲中表達(dá)量較高的酶種類基本趨同，如3-氧?；?[?；d體蛋白]還原酶（EC：1.1.1.100）、乙酰輔酶A羧化酶（EC：6.4.1.2）、氨甲酰磷酸合成酶（EC：6.3.5.5）、丙酮酸脫氫酶（EC：1.2.4.1）等。而窖泥中表達(dá)量較高的酶則有所不同，主要包括2-氧代戊二酸合酶（EC：1.2.7.3）、轉(zhuǎn)酮醇酶（EC：2.2.1.1）、磷酸甘油酸脫氫酶（EC：1.1.1.95）等。在差異酶方面，琥珀酸半醛脫氫酶（EC：1.2.1.16、EC：1.2.1.79）、戊二酸半醛脫氫酶（EC：1.2.1.20）在環(huán)境細(xì)菌群落中顯著富集。6-磷酸-β-葡萄糖苷酶（EC：3.2.1.86）、丙酮酸脫氫酶（EC：1.2.4.1）、磷酸葡萄糖酸脫氫酶（EC：1.1.1.343、EC：1.1.1.44）等在大曲細(xì)菌群落中顯著富集。磷酸甘油酸脫氫酶（EC：1.1.1.95）、丙酮酸合酶（EC：1.2.7.1）、磷酸乙醇酸磷酸酶（EC：3.1.3.18）、甲酸C-乙酰轉(zhuǎn)移酶（EC：2.3.1.54）、糖原磷酸化酶（EC：2.4.1.1）、轉(zhuǎn)酮醇酶（EC：2.2.1.1）、果糖-二磷酸醛縮酶（EC：4.1.2.13）、延胡索酸酶（EC：4.2.1.2）、纖維素酶（EC：3.2.1.4）等多種酶在窖泥細(xì)菌群落中顯著富集。

在真菌群落方面，環(huán)境、大曲和窖泥微生物群落中L-阿拉伯糖異構(gòu)酶（EC：5.3.1.4）、不特定單加氧酶（EC：1.14.14.1）等表達(dá)量最高。在差異酶方面，葡聚糖1,4-α-葡萄糖苷酶（EC：3.2.1.3）、醛脫氫酶（EC：1.2.1.3）、乙酰輔酶A?；D(zhuǎn)移酶（EC：2.3.1.16）等在環(huán)境微生物群落中的表達(dá)顯著富集。琥珀酰二氨基庚二酯轉(zhuǎn)氨酶（EC：2.6.1.1）、(R,R)-丁二醇脫氫酶（EC：1.1.1.4）、D-天冬氨酸氧化酶（EC：1.4.3.1）、L-阿拉伯糖異構(gòu)酶（EC：5.3.1.4）等酶表達(dá)量在大曲真菌群落中顯著富集。

這些酶譜差異反映了不同生境中微生物群落的不同功能適應(yīng)性。環(huán)境微生物群落可能更傾向于外源碳源降解、有機(jī)酸代謝、醛類轉(zhuǎn)化等過程；大曲微生物群落可能更偏向于糖代謝、氨基酸轉(zhuǎn)化、風(fēng)味前體物質(zhì)合成等過程；而窖泥微生物則富集于厭氧條件下碳代謝、纖維素降解及有機(jī)酸發(fā)酵等過程。

運(yùn)用PICRUSt軟件獲得通路三級分類水平信息，并分別得到不同來源微生物群落在三級分類代謝通路的表達(dá)量。對碳水化合物代謝、能量代謝、脂質(zhì)代謝以及氨基酸代謝通路展開富集分析（圖4c、d）。在細(xì)菌群落方面，環(huán)境、大曲和窖泥微生物群落的代謝通路主要富集于碳水化合物代謝和氨基酸代謝，如碳水化合物代謝中的丙酮酸代謝、糖酵解/糖異生、丁酸酯代謝、檸檬酸鹽循環(huán)等，氨基酸代謝中的甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝等。其中，相較于大曲和窖泥微生物群落，環(huán)境微生物群落在丙酸酯代謝、丁酸酯代謝和一系列脂質(zhì)代謝，如脂肪酸生物合成、脂肪酸伸長率、甘油脂代謝、甘油磷脂代謝、α-亞麻酸代謝等中表現(xiàn)出較高的表達(dá)量。相較于環(huán)境與大曲微生物群落，窖泥微生物群落在磷酸戊糖途徑、果糖和甘露糖代謝、甲烷代謝、半胱氨酸和蛋氨酸代謝等代謝途徑中表達(dá)量更為突出。

在真菌群落方面，環(huán)境、大曲和窖泥微生物群落的代謝通路主要富集于碳水化合物代謝、脂質(zhì)代謝和氨基酸代謝，如碳水化合物代謝中的戊糖和葡萄糖醛酸酯的相互轉(zhuǎn)化、淀粉和蔗糖代謝，脂質(zhì)代謝中的花生四烯酸代謝、α-亞麻酸代謝，氨基酸代謝中的色氨酸代謝、甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝等。其中，相較于大曲和窖泥微生物群落，環(huán)境微生物群落在淀粉和蔗糖代謝、脂肪酸伸長率、抗壞血酸和醛酸鹽代謝、不飽和脂肪酸的生物合成等代謝途徑中表達(dá)量較高。相較于環(huán)境與窖泥微生物，大曲微生物群落在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝、戊糖和葡萄糖醛酸酯的相互轉(zhuǎn)化等代謝途徑中表達(dá)量更為突出。

4 酒醅發(fā)酵過程微生物群落的代謝譜

4.1 酒醅發(fā)酵過程微生物群落的代謝物組成與種類

將非靶向液相色譜-質(zhì)譜所測得的代謝物通過人類代謝組數(shù)據(jù)庫（HMDB）進(jìn)行注釋（圖5a、b）。結(jié)果顯示，按代謝物數(shù)量排名前10的HMDB分類分別為有機(jī)酸及其衍生物（776 種，占比25.17%），脂質(zhì)和類脂分子（767 種，占比24.88%），有機(jī)雜環(huán)化合物（430 種，占比13.95%），有機(jī)氧化合物（326 種，占比10.57%），苯丙烷類和聚酮類（312 種，占比10.12%），苯環(huán)類化合物（232 種，占比7.53%），核苷、核苷酸和類似物（75 種，占比2.43%），有機(jī)氮化合物（41 種，占比1.33%）以及生物堿和衍生物（31 種，占比1.01%）。此外，在酒醅微生物群落的發(fā)酵過程中，有機(jī)酸及其衍生物類代謝物的含量居于首位，其次為脂質(zhì)和類脂分子、有機(jī)雜環(huán)化合物等。代謝物含量的總和情況與數(shù)量排名靠前的HMDB分類相符。

進(jìn)一步對酒醅發(fā)酵過程中含量較高的代謝物進(jìn)行分析（含量最高的前50 種代謝物）。如圖5c所示，L-亮氨酸、甘油磷酸膽堿、油酸酰胺、L-纈氨酰-L-脯氨酸、L-異亮氨酰-L-脯氨酸、L-脯氨酰-L-苯丙氨酸、環(huán)己烷、L-苯丙氨酸、4-氯-L-苯丙氨酸、甜菜堿等代謝物在酒醅發(fā)酵過程中含量較高。其中，在這些較高含量的代謝物中，絕大多數(shù)歸屬于有機(jī)酸及其衍生物這一代謝物分類。

4.2 酒醅發(fā)酵過程中代謝物合成網(wǎng)絡(luò)分析

基于隨機(jī)矩陣?yán)碚摌?gòu)建的酒醅發(fā)酵過程微生物群落代謝生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析（P＜0.05、r＞0.9），結(jié)果如圖6a所示，該代謝共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)具有典型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由2 094 個代謝物節(jié)點和25 726 條邊組成，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：網(wǎng)絡(luò)平均度（24.571）和加權(quán)度（45.452）較高，表明代謝物間存在廣泛的相互作用；較大的網(wǎng)絡(luò)直徑（30）和平均路徑長度（8.917）表示代謝物信息傳遞需經(jīng)過多級中轉(zhuǎn)；而適中的平均聚類系數(shù)（0.547）與較高的模塊度（0.751）則揭示了網(wǎng)絡(luò)兼具模塊化與連通性特征。在整個共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點占比超過1%的模塊共計12 個，分別為模塊7（16%）、模塊8（12%）、模塊14（11%）、模塊3（10%）、模塊21（10%）、模塊5（8.31%）、模塊4（7.98%）、模塊12（5.3%）、模塊20（3.63%）、模塊6（2.53%）、模塊25（2.39%）、模塊18（1.67%）。模塊與模塊間聯(lián)系較為緊密，特別是模塊8與模塊14、模塊7/3/5/4等模塊群形成了緊密的功能單元。在代謝網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點中心性（網(wǎng)絡(luò)調(diào)控潛力）最高的是黃檀苷，其次是阿夫兒茶精、十四碳二元酸、N-乙酰神經(jīng)氨酸、5-羥色胺、3,4-二羥基苯甲醛、氧化三甲胺、苜蓿素-5-葡萄糖苷等代謝物。

在代謝生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的12 個模塊中，有機(jī)酸及其衍生物、脂質(zhì)和類脂分子、苯丙烷類和聚酮類代謝物的數(shù)量最多。其中，模塊7和模塊20中苯丙烷類和聚酮類代謝物數(shù)量最多，如模塊7中的梔子素B、4-羥基香豆素、木橘醇、肉桂酸、甘草黃苷等具有抗氧化活性的植物次生代謝物，模塊20中的異橙黃酮、四甲基黃芩素、3-甲氧基川陳皮素等黃酮類化合物（數(shù)據(jù)未列出）。模塊8、模塊3、模塊4、模塊6和模塊18中有機(jī)酸及其衍生物數(shù)量最多。如模塊8中的4-氨基-3-苯基丁酸、2-氨基庚二酸、L-亮氨酸、L-天冬氨酸、苯丁酯脯酸，模塊3中的二氨基庚二酸、L-酪氨酸，模塊4中的美洲茶堿E、精氨基琥珀酸，模塊6中的N-庚酰甘氨酸、L-天冬素、戊二酸等羧酸及其衍生物。模塊14、模塊21、模塊5、模塊12和模塊25中脂質(zhì)和類脂分子數(shù)量最多，如模塊21中的咖啡豆醇、肉桂醇C3、松香酸、香芹酮等異戊烯醇脂質(zhì)，模塊14中的檸蘋酸、2-異丙基蘋果酸、硬脂四烯酸，模塊5中的3-異丙烯基戊二酸、十一烯酸，模塊12中的二十二醛、十五烷酸、山崳酸、檸檬酸等脂肪酸類（數(shù)據(jù)未列出）。

在基于酒醅發(fā)酵過程代謝物合成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，處于關(guān)鍵節(jié)點的代謝物被認(rèn)為是調(diào)控代謝動力學(xué)的關(guān)鍵角色。為解析酒醅發(fā)酵過程中代謝物關(guān)鍵分類群的變化，通過計算網(wǎng)絡(luò)Zi-Pi對代謝網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進(jìn)行分類。依據(jù)節(jié)點的拓?fù)涮卣骺蓪⒐?jié)點屬性分為4 種類型，包括模塊中心點（在模塊內(nèi)部具有高連通度的節(jié)點，Zi＞2.5且Pi＜0.62）、連接節(jié)點（在兩個模塊之間具有高連通度的節(jié)點，Zi＜2.5且Pi＞0.62）、網(wǎng)絡(luò)中心點（在整個網(wǎng)絡(luò)中具有高連通度的節(jié)點，Zi＞2.5且Pi＞0.62）以及外圍節(jié)點（在模塊內(nèi)部和模塊之間均不具有高連通度的節(jié)點，Zi＜2.5且Pi＜0.62）。通常將除外圍節(jié)點的其余3 種類型的節(jié)點歸為關(guān)鍵節(jié)點。在酒醅發(fā)酵過程微生物群落的代謝網(wǎng)絡(luò)中，1-亞硝基哌嗪、去甲二氫芐啡啉二鹽酸鹽、甲基糠醇、4-氧代-2-丙基-戊酸、鄰苯二甲酸潑尼松龍、兒茶素-7-木糖苷、3-異丙基蘋果酸、美托咪酯、4-乙烯基環(huán)己烯、米爾貝霉素α10、L-蘇氨酰-L-異亮氨酸、L-異亮氨酰-L-谷氨酸、雷司令乙縮醛、Diosbulbinoside F（二萜糖苷）、Tyr-Pro-Phe-Pro-Gly-Pro-Ile（肽物質(zhì)）15 種代謝物為代謝網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點（連接節(jié)點）（數(shù)據(jù)未列出），對微生物群落代謝物質(zhì)的生成至關(guān)重要。

4.3 酒醅微生物與關(guān)鍵代謝物相關(guān)性分析

為探究酒醅微生物群落與關(guān)鍵代謝物之間的關(guān)聯(lián)性，對酒醅發(fā)酵過程中的主要微生物與代謝網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵代謝物進(jìn)行了相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)分析（P＜0.05、r＞0.6）。如圖7所示，在酒醅優(yōu)勢細(xì)菌屬與代謝網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵代謝物的相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)分析中，3-異丙基蘋果酸、L-蘇氨酰-L-異亮氨酸、雷司令乙縮醛、4-乙烯基環(huán)己烯、4-氧代-2-丙基-戊酸、甲基糠醇、去甲二氫芐啡啉二鹽酸鹽是關(guān)聯(lián)度最高的關(guān)鍵代謝物，而Bacillus則是關(guān)聯(lián)度最高的優(yōu)勢細(xì)菌屬。其中，L-蘇氨酰-L-異亮氨酸與大多數(shù)優(yōu)勢細(xì)菌屬呈顯著正相關(guān)，如Staphylococcus、Saccharopolyspora、Thermoactinomyces、Limosilactobacillus、Kroppenstedtia、Bacillus等細(xì)菌屬，而與Lactobacillus呈顯著負(fù)相關(guān)。此外，Lactobacillus與3-異丙基蘋果酸、4-乙烯基環(huán)己烯、L-異亮氨酰-L-谷氨酸、4-氧代-2-丙基-戊酸關(guān)鍵代謝物呈顯著正相關(guān)。

在酒醅優(yōu)勢真菌屬與代謝網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵代謝物的相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)中，僅4 種微生物與11 種關(guān)鍵代謝物呈現(xiàn)極顯著相關(guān)。其中，Thermomyces、Thermoascus是關(guān)聯(lián)度最高的優(yōu)勢真菌屬。同時，Thermomyces和Thermoascus與關(guān)鍵代謝物的相關(guān)性表現(xiàn)出高度的一致性。具體而言，它們與L-蘇氨酰-L-異亮氨酸、1-亞硝基哌嗪、雷司令乙縮醛關(guān)鍵代謝物呈顯著正相關(guān)，與3-異丙基蘋果酸、L-異亮氨酰-L-谷氨酸、4-乙烯基環(huán)己烯、甲基糠醇、去甲二氫芐啡啉二鹽酸鹽、米爾貝霉素α10關(guān)鍵代謝物呈顯著負(fù)相關(guān)。

通過對比酒醅發(fā)酵過程中優(yōu)勢細(xì)菌屬、優(yōu)勢真菌屬與關(guān)鍵代謝物的相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)，本研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢細(xì)菌屬與關(guān)鍵代謝物之間的相關(guān)性更強(qiáng)，聯(lián)系也更為緊密。一般而言，真菌屬的代謝網(wǎng)絡(luò)往往圍繞特定的功能模塊構(gòu)建，例如氨基酸代謝、乙醇生產(chǎn)或酯合成等模塊。與之相對，細(xì)菌擁有更為廣泛的酶系統(tǒng)（如糖苷水解酶、酯酶等），通過多酶協(xié)同作用，能夠?qū)崿F(xiàn)代謝物多樣性的高效生產(chǎn)。因此，真菌群落與代謝網(wǎng)絡(luò)的連接復(fù)雜度通常低于細(xì)菌。

結(jié) 論

本研究運(yùn)用溯源技術(shù)以及代謝網(wǎng)絡(luò)分析方法，對濃香型白酒酒醅中的微生物群落展開了深入探究，明確了不同來源（環(huán)境、大曲和窖泥）微生物對酒醅發(fā)酵過程中微生物群落的具體貢獻(xiàn)度及酒醅發(fā)酵過程中微生物群落代謝網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵代謝物。結(jié)果表明，釀酒車間環(huán)境中的微生物群落與發(fā)酵過程中酒醅的微生物群落差異顯著（P＜0.05）。溯源結(jié)果表明，在細(xì)菌群落方面，環(huán)境微生物的貢獻(xiàn)度最大（64.6%），其次是大曲微生物群落（35.2%）。酒醅發(fā)酵前期豐度較高的Thermoactinomyces、Bacillus、Kroppenstedtia、Weissella等優(yōu)勢細(xì)菌屬主要來源于大曲，而在酒醅發(fā)酵中后期相對豐度占據(jù)絕對優(yōu)勢的Lactobacillus主要來源于環(huán)境。在真菌群落方面，窖泥微生物的貢獻(xiàn)度最大（50.2%）。在酒醅發(fā)酵過程中相對豐度較高的Kazachstania、Saccharomyces、Pichia等優(yōu)勢真菌屬主要來源于窖泥微生物群落。酒醅發(fā)酵過程中微生物群落的代謝網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系緊密，相互作用較強(qiáng)。根據(jù)代謝網(wǎng)絡(luò)的Zi-Pi節(jié)點分類，1-亞硝基哌嗪、甲基糠醇、4-氧代-2-丙基-戊酸、兒茶素-7-木糖苷、3-異丙基蘋果酸、4-乙烯基環(huán)己烯等15 種代謝物為代謝網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點。本研究揭示了濃香型白酒酒醅微生物群落的來源及代謝網(wǎng)絡(luò)，有助于提升白酒生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量以及增強(qiáng)風(fēng)味特性。

通信作者：

張宿義，四川輕化工大學(xué)食品與釀酒工程學(xué)院教授級正高級工程師，博士，享受國務(wù)院政府特殊津貼專家，國家863科研項目負(fù)責(zé)人、四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人、中國白酒大師、中國釀酒大師、中國首席白酒品酒師、瀘州老窖酒傳統(tǒng)釀制技藝第22代傳人。全國輕工行業(yè)勞動模范，全國釀酒行業(yè)百名先進(jìn)個人，國家級白酒評酒委員?，F(xiàn)任瀘州老窖股份有限公司副總經(jīng)理、安全環(huán)境保護(hù)總監(jiān)。長期從事白酒技術(shù)研究與生產(chǎn)管理，主持科技部“十一五”、“十二五”、863計劃等國家級項目20余項，獲省部級獎勵12 項，制定國家標(biāo)準(zhǔn)13 項，發(fā)表論文362余篇，授權(quán)專利185余件。

第一作者：

文悅，四川輕化工大學(xué)食品與釀酒工程學(xué)院碩士研究生，主要研究方向為白酒釀造微生物。

引文格式：

文悅, 張宿義, 宋攀, 等. 濃香型白酒酒醅發(fā)酵過程中微生物群落溯源及代謝譜分析[J]. 食品科學(xué), 2025, 46(24): 135-146. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250527-189.

WEN Yue, ZHANG Suyi, SONG Pan, et al. Traceability and metabolic profile analysis of microbial communities during the fermentation of fermented grains (Jiupei) for Nongxiangxing Baijiu[J]. Food Science, 2025, 46(24): 135-146. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250527-189.

實習(xí)編輯：林安琪；責(zé)任編輯：張睿梅。點擊下方 閱讀原文 即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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