从多个角度探讨农乡兴白酒窖泥的差异特性：以不同酒精产量的作坊发酵窖为例

《LWT》：Exploring the differential characteristics of Nongxiangxing Baijiu pit mud from multiple perspectives: A case study of fermentation pits in workshops with varied alcohol yields

白酒酒糟（PM）理化性质、微生物群落及代谢组学差异分析。选取四川某酒厂高、低酒精产量Workshop 4与2的PM样本，检测发现Workshop 4 PM含更高可溶性钾（AK 512-606 mg/100g vs 295-417 mg/100g）、金属元素及独特真菌OTU（如Aspergillus和Monascus），代谢组学揭示鞘脂代谢、糖代谢、柠檬酸循环等7条通路差异显著。研究表明PM质量与微生物群落及代谢活性密切相关，为酒糟质量监控提供理论依据。

　　
本研究以中国传统白酒酿造工艺中的窖泥（PM）为研究对象，聚焦产酒酒精含量差异显著的两个车间（Workshop 2与4）的窖泥样本，通过多维度分析揭示其理化特性、微生物群落及代谢产物的差异机制。研究采用理化检测、高通量测序及代谢组学技术，系统评估了窖泥质量与产酒性能的关联性。

在理化特性方面，窖泥中可用钾（AK）含量差异显著（Workshop 4平均605.59 mg/kg，高于Workshop 2的416.57 mg/kg），且AK与优势真菌（如青霉属Aspergillus和红曲霉Monascus）呈现正相关。有机质（humus）含量亦存在差异（Workshop 4达4.29%-4.81%，高于Workshop 2的3.55%-3.91%），表明高AK和有机质环境更有利于微生物活性。铵态氮（NH4+-N）含量呈现时间动态变化，发酵后期（HPM）NH4+-N显著升高，可能与微生物代谢活动增强相关。值得注意的是，金属元素分析显示Workshop 4窖泥中钙（Ca）、铁（Fe）、镁（Mg）等含量显著更高（最高达30073.46 mg/kg），尤其是锌（Zn）和锰（Mn）的富集可能为微生物提供关键营养元素。

微生物群落分析表明，真菌多样性在Workshop 4中更丰富，其独特 Operational Taxonomic Units（OTUs）数量显著高于Workshop 2。优势真菌门（Ascomycota）在Workshop 4中占比达57.8%-91.96%，且包含关键产香菌种如红曲霉Monascus（与酯类合成相关）和产酯酵母Trichosporon（贡献率提升至59.35%）。细菌群落则呈现稳定性特征，Workshop 4中拟杆菌门（Bacteroidota）占比略高，但差异不显著。通过LEfSe分析鉴定出8个显著差异的微生物类群（LDA>4.5），包括产酸菌Pichia、甲烷菌共生体Petrimonas/Syntrophomonas等，这些菌群可能在发酵过程中调控物质交换。

代谢组学研究发现，Workshop 4窖泥中存在Sphingolipid代谢、TCA循环等7条关键代谢通路差异。显著差异代谢物包括胆甾烷酸（Sphingolipid代谢）、葡萄糖-1-磷酸（淀粉代谢）、链霉素（抗生素合成）等。特别值得注意的是，Workshop 4窖泥中柠檬酸（Citric Acid）含量升高（p<0.05），而柠檬酸作为TCA循环中间体，其浓度变化可能影响能量代谢效率。此外，质谱分析显示Workshop 4窖泥中存在更多高氧化态脂肪酸和杂环有机酸，这些代谢物可能通过Huangshui（窖醅渗出液）向酒醅传递，促进酯类和酚类香气物质生成。

环境因子与微生物互作关系方面，冗余分析（RDA）显示，可用钾（AK）与青霉属Aspergillus及红曲霉Monascus的丰度呈正相关（R2=0.758），而铵态氮（NH4+-N）与产酯酵母Trichosporon的丰度呈负相关。pH值变化（Workshop 4整体pH偏低）可能通过调节微生物酶活性影响物质转化。例如，青霉属和Monascus在pH 5.6-6.3环境中活性较高，这与Workshop 4窖泥的pH范围（5.9-6.6）和微生物组成变化相吻合。

该研究创新性地将金属元素分析引入窖泥质量评价体系，发现Workshop 4窖泥中Fe、Zn、Ca等元素含量普遍高于Workshop 2（最高差异达3倍），这些金属离子可能通过螯合作用稳定微生物细胞膜结构，延长窖泥使用寿命。同时，发现Workshop 4窖泥中甲烷菌共生体（Petrimonas和Syntrophomonas）比例显著提升，这种厌氧菌群可能通过产酸和产甲烷作用维持窖泥微生态平衡。

研究还揭示了窖泥代谢物的时空动态特征：发酵初期（QPM）以糖代谢相关产物为主（如葡萄糖-1-磷酸），而发酵后期（HPM）转向脂质代谢（如胆甾烷酸）和抗生素合成（链霉素）。这种代谢转型可能通过调控微生物群落结构实现，例如Trichosporon在发酵后期的丰度提升（从QPM的15.2%增至HPM的57.88%），与产酯能力增强相关。

本成果为窖泥质量监控提供了新指标：①可用钾（AK）>500 mg/kg为优质窖泥阈值；②青霉属与红曲霉联合丰度＞60%预示高酒精转化效率；③柠檬酸/葡萄糖比值（C/G ratio）可作为发酵进程的生物标志物（Workshop 4 C/G值达0.38，显著高于Workshop 2的0.21）。建议在窖泥养护中重点监控AK含量和金属元素平衡，通过调控pH（5.5-6.2）和有机质（＞4.5%）维持微生物群落多样性，进而提升白酒产率和香气复杂度。

后续研究可深入探讨：①金属离子与关键代谢酶的协同作用机制；②特定菌群（如Monascus）的次级代谢产物对风味物质的影响路径；③窖泥-酒醅物质交换的动态模型构建。这些方向将有助于建立窖泥质量与酒体风格的量化关系模型。