从真菌到乳酸菌：浓香型白酒窖池微生态中阶段特异性酯类生物合成的微生物主导机制

《Food Research International》：From fungi to lactic acid bacteria: Dominant microorganisms govern stage-specific esters biosynthesis in pit microecology of strong-flavor baijiu

本研究针对浓香型白酒发酵过程中酯类风味物质合成机制不清的问题，通过宏基因组与代谢组学联合分析，揭示了窖池微生态三阶段演化规律及关键酯化功能微生物群演替机制，发现真菌与乳酸菌系统在不同阶段分别主导酯类合成，并明确了温度、pH等5种理化因子的阶段性调控作用，为通过阶段特异性环境调控精准提升白酒风味品质提供了科学依据。

　　

在中国传统酿酒工艺的瑰宝中，浓香型白酒以其"窖香浓郁、绵甜甘冽"的独特风格占据重要地位。其风味品质的核心奥秘，深藏于看似朴素的泥窖发酵过程之中。窖池作为一个复杂的微生态系统，在长达百余天的发酵周期内，微生物群落持续演替，代谢产生包括酯类在内的众多风味化合物。其中，酯类物质作为决定白酒香型的关键组分，其动态积累规律与合成机制一直是行业关注的焦点。然而，当前生产中对于窖池发酵的调控仍主要依赖经验性的理化指标，对微生态内在的阶段性演化规律、关键功能微生物的更替及其与环境因子的互作机制缺乏系统认知，这制约了白酒风味品质的精准提升。

为深入解析浓香型白酒窖池发酵过程中酯类合成的微生态机制，四川轻化工大学白酒学院的科研团队在《Food Research International》上发表了最新研究成果。该研究通过对窖池内糟醅样本进行系统性追踪，整合宏基因组学与代谢组学分析技术，首次清晰描绘了酯类生物合成的三阶段微生态动力学图谱，并揭示了关键功能微生物群落的演替规律及其环境驱动因子。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：从四川某浓香型白酒厂三个平行窖池的固定深度（窖底以上85厘米）按10个时间点（0至117天）系统采集糟醅样本；采用气相色谱-质谱联用技术分析挥发性代谢物（包括酯、酸、醇等）的动态变化；通过宏基因组测序解析微生物群落结构、功能基因（如酯酶EST基因）丰度及代谢通路；利用多元统计分析（如PLS-SEM偏最小二乘结构方程模型）探究理化性质（温度、pH、还原糖、酸度、乙醇、水分）与微生物群落及功能基因的关联关系。

样本收集

研究在四川某浓香型白酒厂同一生产车间的三个平行窖池中进行系统性采样，以确保生物学重复。采样点位于窖底上方85厘米处，覆盖发酵全过程（0, 2, 8, 10, 15, 20, 35, 55, 85, 117天），共计10个时间点，为动态分析提供了可靠样本基础。

Dynamics of physicochemical properties and volatile metabolites

对糟醅理化性质和挥发性代谢物的动态监测表明，发酵参数呈现规律性变化：水分、温度、酸度、乙醇含量随发酵进程逐渐升高，而还原糖和pH值持续下降。挥发性代谢物分析显示，酯类总量在发酵初期（0-15天）快速积累，中期（15-35天）变化平缓（仅乳酸乙酯增加），后期（35-117天）再次显著上升。短链酯（如乙酸乙酯、丁酸乙酯）与中长链酯（如己酸乙酯、丁酸乙酯）在不同阶段呈现差异富集，提示其合成可能受不同微生物功能群调控。

研究核心发现是将117天的窖池发酵划分为三个特征鲜明的阶段：P1阶段（0-15天）以真菌主导（如Saccharomyces酵母属、Aspergillus曲霉属、Rhizopus根霉属）和较高的微生物α-多样性为特征，酯类开始快速积累，高丰度的酯酶基因主要参与乙酸乙酯和丁酸乙酯的合成。P2阶段（15-35天）酯类总量变化趋缓，但乳酸乙酯含量增加与42个EST基因相关。此阶段产酸微生物（主要是相对丰度超过64%的Acetilactobacillus乙酰乳酸杆菌属，以及Lactobacillus乳酸杆菌属和Clostridium梭菌属）大量增殖，并与产甲烷菌（如Methanosarcina甲烷八叠球菌属、Methanobacterium甲烷杆菌属）发生共聚集。P3阶段（35-117天）则由Lactobacillus-Acetilactobacillus共生功能群（相对丰度>74%）主导，酯类、酸类和醇类物质同步快速积累，高丰度EST基因主要催化己酸乙酯和丁酸乙酯的合成。

研究进一步阐明了催化主导系统的阶段性转换：酯类合成的主导微生物功能群从P1阶段的真菌系统（如Aspergillus, Saccharomyces）转变为P3阶段的乳酸菌系统（如Lactobacillus, Acetilactobacillus）。环境因子的驱动作用也具有阶段性：pH和还原糖塑造了P1阶段的微生物结构（R² = 0.40, 0.46）；温度和乙醇驱动了P2阶段的群落简化（R² = 0.35, 0.64）；酸度和乙醇调控了P3阶段的功能优势（R² = 0.85, 0.64）。PLS-SEM模型证实了这些理化性质对微生物α/β-多样性存在直接的抑制或促进作用。

Conclusion

本研究结论系统阐述了浓香型白酒窖池发酵过程中阶段特异性的微生态动力学如何调控酯类生物合成。发酵进程可明确划分为三个特征阶段（P1, P2, P3），每个阶段由特定的优势微生物群落、代谢功能及环境驱动因子所定义。关键发现在于酯类合成的催化主导权随着微生态演替，从源于大曲的真菌系统逐步交接至适应后期严苛环境（高酸、高乙醇）的乳酸菌系统。五种关键理化性质（pH、还原糖、温度、乙醇、酸度）表现出阶段依赖性的调控功能，精准影响着功能微生物群的组装与代谢活性。

该研究的科学意义在于构建了一个以微生态演化规律为指导的解析框架，将复杂的窖池发酵过程解构为可识别、可干预的阶段性模块。这不仅深化了对白酒风味物质（尤其是酯类）生物合成机制的理解，更重要的是为通过阶段特异性环境参数调控来实现窖池微生态的精准管理、定向优化酯类风味谱提供了坚实的理论依据和可行的技术路径，对提升传统发酵食品的品质可控性与生产标准化具有重要价值。