阐明清香型白酒在两轮自然发酵过程中的微生物演替动态及风味代谢产物的形成机制：风味组学与基因组学的整合

《Food Chemistry》：Elucidating microbial succession dynamics and flavor metabolite formation during two rounds of natural fermentation of Qingxiangxing baijiu: integration of flavoromics and genomics

本研究利用多组学技术分析青香型白酒二次发酵过程中Dacha和Ercha Jiupei的微生物群落动态及挥发性成分变化，发现两次发酵在还原糖积累、关键挥发性化合物（如乙酸乙酯、乳酸乙酯）及优势菌群（Lactobacillus、Saccharomycopsis等）上存在显著差异，为风味优化提供理论依据。

　　

包庆白|于家庙|应张|宾峰|陶波|金华张|三红范|余坤杨

山西大学生命科学学院，太原030006，中国

摘要

九培（发酵谷物）中的微生物演替在两轮发酵（大茶和二茶）过程中对清香型白酒（QXB）的风味起着关键作用。为了探讨大茶和二茶之间的风味差异，本研究采用多组学方法分析了挥发性成分和微生物群落的动态变化。大茶中积累的还原糖在二茶中减少。共鉴定出433种（大茶）和560种（二茶）挥发性化合物，其中69种挥发性化合物（OAV > 1）是重要的风味贡献者，包括乙酸乙酯、乳酸乙酯和1-丙醇。二茶的微生物群落结构与大茶有显著差异。乳酸杆菌和葡萄球菌是两轮发酵中的核心细菌。Saccharomycopsis主导了大茶中的真菌群落，而Issatchenkia在二茶中占主导地位。相关性分析显示，乳酸杆菌和酒球菌与大茶中的酯类生物合成呈正相关，而Thermoascus和Wickerhamomyces与二茶中的挥发性化合物有显著相关性。本研究加深了对QXB两轮发酵过程的理解，并为品质优化提供了理论基础。

引言

白酒作为世界六大蒸馏酒之一，是中国特有的传统蒸馏酒，具有丰富的文化底蕴和悠久的生产历史（Liu, Mu等人，2025年），根据感官特征可分为十二种不同的香气类型（Tian等人，2024年；Zhang等人，2025年）。其中，清香型白酒（QXB）因其独特而优雅的风味而受到青睐，这种风味源于其独特的两阶段发酵和蒸馏工艺（Fan等人，2024年；Kang等人，2022年）。QXB的生产包括两个连续的发酵阶段。第一阶段（大茶发酵）使用高粱作为原料，以大曲作为发酵剂，所得的九培经过蒸馏后得到大茶白酒。蒸馏后，将大曲加入蒸馏后的九培中进行第二阶段发酵（二茶发酵），再经过蒸馏得到二茶白酒（Xue等人，2022年）。大茶白酒风味柔和圆润，而二茶白酒酸度更高，酯类风味更浓郁（Bai等人，2025年）。这些风味差异与发酵底物、发酵环境以及微生物群落结构的演变密切相关（Kang等人，2022年；Wang, Sun等人，2025年；Yuan等人，2024年）。

九培是白酒生产中的主要发酵底物，对微生物活性和风味形成至关重要（Li, Du等人，2024年；Xu等人，2025年；Yang等人，2023年）。其微生物多样性受环境来源、原材料和加工条件的影响，直接影响发酵过程中的代谢产物（Tian等人，2024年）。高通量测序（HTS）作为一种强大的工具，已被用于分析白酒发酵过程中的微生物多样性（Zeng等人，2025年）。先前的研究已经探讨了白酒分层发酵过程中九培中核心和特征微生物群落的动态变化（Wang等人，2021年）。QXB九培的空间异质性与微生物组成、风味特征和理化参数的差异有关（Tian等人，2024年）。此外，优势微生物的代谢活动与不同发酵阶段酱香型白酒中观察到的挥发性化合物差异相关（Chen等人，2024年）。微生物代谢与发酵条件之间的复杂相互作用是白酒发酵过程中产生香气活性化合物的关键（Hou等人，2025年；Liu & Sun，2018年；Wang等人，2019年）。特别是，微生物群落的时间演替显著影响最终产品的产量和感官质量（Liu等人，2019年）。

九培发酵过程中形成的挥发性有机化合物（VOCs）在塑造白酒风味和整体品质方面起着关键作用（Li等人，2023年）。例如，乙基己酸酯、乙基月桂酸酯和四甲基吡嗪是江西香型白酒发酵过程中的主要香气成分，对风味特征有显著贡献（Xu等人，2023年）。在清香型白酒的发酵过程中，酯类化合物占九培挥发性成分的主导地位，而芳香化合物、酸类和醇类的含量较少（Lu等人，2024年）。GC–MS分析显示，酱香型白酒第四阶段发酵产生的独特特征性挥发性化合物比第二阶段更多（Chen等人，2024年）。同样，在浓香型白酒的发酵过程中使用HS-SPME-GC–MS鉴定出76种挥发性风味化合物。如Prevotella和Sarocladium等微生物在窖泥中对九培中香气物质的形成有重要贡献（Wang等人，2024年）。尽管已有研究探讨了QXB不同阶段九培的微生物功能和风味特征（Cai等人，2022年），但对QXB大茶和二茶发酵过程中微生物群落及挥发性特征的全面比较研究仍有限。

因此，本研究旨在系统探讨QXB发酵过程中大茶和二茶九培的微生物群落及挥发性化合物的动态演替及其相互作用。将在整个发酵阶段监测九培的理化参数。利用HTS表征微生物多样性和演替模式，通过HS-SPME-GC×GC-TOFMS分析挥发性成分。探讨微生物组成、环境因素和关键香气化合物之间的关系，以阐明驱动风味差异的机制。这些发现为QXB两阶段发酵过程中九培的微生物群落-代谢物相互作用提供了新的见解，并为其风味和品质优化提供了科学基础。

章节片段

样品采集

样品来自中国山西省汾阳市的一家QXB酿酒厂。QXB生产中大茶和二茶的典型发酵时间分别为约32天和28天。在两个发酵阶段分别于8个时间点（第0天、第3天、第7天、第11天、第15天、第21天、第24天和第28天）采用五点采样方法采集样品。具体来说，每个时间点从3个平行的发酵窖中采集样品。每个窖中的样品均经过均质处理

理化性质和有机酸分析

九培中的水分含量显著影响发酵过程中的微生物活性和群落结构。发酵开始时，二茶白酒的水分含量比大茶白酒高约10%（图1a）。随着发酵的进行，两种白酒的水分含量均增加，在第24天分别达到61.97%（大茶）和64.66%（二茶）。在整个发酵过程中，大茶和二茶白酒的酸度持续升高（图1b）

结论

本研究全面分析了QXB发酵过程中大茶和二茶白酒的理化性质、微生物多样性和挥发性化合物谱，揭示了两者之间的差异。共鉴定出69种挥发性化合物（OAV > 1）是香气形成的重要贡献者。大茶发酵过程中还原糖含量增加，而在二茶中减少，反映了不同的微生物代谢活动。乳酸杆菌、葡萄球菌和酒球菌

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了中央政府指导地方科技发展基金项目（项目编号：YDZJSX2025D009）、山西重点研发计划（农业领域，项目编号：202202140601018）、山西省基础研究计划（自由探索项目，项目编号：202403021222017）以及国家自然科学基金（项目编号：32072301）的财政支持。