揭示高温大曲关键核心微生物群及其接触依赖性促生长特性

《International Journal of Food Microbiology》：Revealing the key core microbiota of high-temperature daqu and the contact-dependent characteristics of growth promotion

本研究针对高温大曲核心微生物缺乏系统认知的问题，聚焦酱香型白酒核心产区高温大曲，通过多层级鉴定其关键核心微生物（芽孢杆菌属与Scopulibacillus），并深入探究Scopulibacillus daqui LBM32026与Bacillus sonorensis LBM32097在不同温度下共培养时的生长特性及风味物质合成规律。结果表明，高温共培养能显著促进两菌株生物量及关键风味化合物（如4-乙基愈创木酚、2,3,5-三甲基吡嗪等）含量提升，且该促生长效应由接触作用介导。转录组分析进一步揭示，接触条件下B.32097中ABC转运蛋白及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢相关基因的上调，促进了底物利用与氨基酸积累，从而增强其高温适应性。该研究为解析高温大曲微生物互作机制及实现优质稳产提供了重要理论依据。

　　

在中国传统白酒的酿造体系中，大曲作为糖化剂、发酵剂和生香剂，扮演着至关重要的角色。其中，高温大曲是生产酱香型白酒的关键原料，其复杂的微生物群落结构直接决定了白酒的最终品质与独特风味。尽管人们早已认识到微生物群落的重要性，但长期以来，对于高温大曲中究竟哪些微生物是驱动其功能的核心成员，以及这些核心微生物之间如何相互作用以适应高温环境并影响风味形成，仍缺乏系统性的深入研究。这成为了制约高温大曲质量稳定提升和酿造工艺精准调控的一个瓶颈问题。为了解决这一科学难题，发表在《International Journal of Food Microbiology》上的一项研究，对高温大曲的核心微生物群及其互作机制进行了多层次的深入探索。

研究人员主要运用了微生物生态学分析（针对来自酱香型白酒核心产区三家酒厂的高温大曲样本）、纯菌株分离与培养（分离得到Scopulibacillus daqui LBM32026和Bacillus sonorensis LBM32097）、单培养与共培养实验（在不同温度下进行）、挥发性化合物分析（检测风味物质含量）以及转录组测序（分析接触共培养条件下B.32097的基因表达变化）等关键技术方法。

核心微生物群的鉴定

研究首先从优势菌群、产香菌群和共现网络三个层面，系统鉴定了高温大曲的核心微生物。结果发现，芽孢杆菌属(Bacillus)和Scopulibacillus属是其中两家酒厂共同存在的关键核心微生物群，这表明它们在高温大曲的微生物群落中具有普遍性和重要性。

单培养与共培养下的生长和风味产物分析

为了探究这两种关键微生物之间的相互作用，研究人员选取了代表性菌株Scopulibacillus daqui LBM32026 (S.32026) 和Bacillus sonorensis LBM32097 (B.32097)，分别在40°C、50°C和60°C下进行单培养和共培养，并比较它们的生物量和挥发性风味化合物的变化。结果显示，与单培养相比，高温下的共培养能显著（P < 0.05）促进两种菌株的生长。具体而言，S.32026在共培养条件下，其生物量在40°C、50°C和60°C时分别显著增加了20.1%、12.8%和19.7%。而B.32097的生物量则在50°C和60°C的共培养中显著增加，增幅分别为5.49%和22.48%。在风味物质方面，共培养也表现出显著优势。例如，在40°C共培养时，4-乙基愈创木酚和2-甲氧基-4-乙烯基酚的相对含量，分别是40°C下单培养B.32097的2.22倍和20.03倍。在60°C共培养时，2,3,5-三甲基吡嗪和2,3,5,6-四甲基吡嗪的相对含量，更是达到了单培养B.32097的2.68倍和15.15倍。这些数据有力地证明，S.32026和B.32097的共存能够有效增强它们在高温环境下的适应能力，并协同促进重要风味物质的合成。

接触依赖性促生长作用的发现

一个关键的发现是，S.32026对B.32097的促生长作用是通过物理接触介导的，而非简单地通过分泌可扩散的信号分子或代谢产物。进一步的实验表明，与B.32097亲缘关系相近的其他芽孢杆菌菌株也能产生类似的接触依赖性促生长效应，这提示这种互作模式可能在芽孢杆菌属内具有一定程度的普遍性。

接触共培养的转录组学机制解析

为了从分子层面揭示接触促生长的内在机制，研究人员对接触共培养条件下的B.32097进行了转录组分析。结果发现，与转运功能相关的ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter)途径中的部分基因表达上调，这有助于促进葡萄糖等底物的运输和利用。同时，与氨基酸代谢相关的丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径中的一些基因也出现上调，这可能促进了L-丙氨酸(L-Alanine)和L-谷氨酸(L-Glutamate)的积累。这些代谢层面的变化共同为B.32097在高温胁迫下的生长提供了物质和能量基础，从而解释了接触如何增强其高温适应性。

综上所述，本研究通过系统的多组学分析，不仅明确了芽孢杆菌属和Scopulibacillus属是高温大曲中的关键核心微生物，更重要的是，首次揭示了它们之间存在的接触依赖性互惠共生关系。这种互作能显著提升菌株在高温下的生物量和特定风味化合物的产量。其分子机制涉及接触信号触发的底物转运和氨基酸代谢的重编程。该研究极大地深化了对高温大曲这一复杂发酵体系中核心微生物互作机制的理解，为未来通过人工调控核心微生物群落来优化大曲质量、实现酱香型白酒的优质稳产提供了坚实的理论基础和新的技术路径。