微生物群落优先效应对黄酒发酵启动及风味形成的调控机制研究

本研究针对黄酒发酵初期微生物优先效应的作用机制不明确问题，通过构建合成菌群（SynComs）结合代谢组学分析，揭示乳酸菌（LAB）组合通过促进游离氨基酸积累使酿酒酵母（S. cerevisiae）生物量提升30%，并筛选出12%具有正向优先效应的菌群组合（25种5成员组合），为发酵食品微生物定向调控提供理论框架。

　　

黄酒作为具有4000年历史的中国传统发酵酒，其独特风味形成与微生物群落演替密切相关。尽管已有研究表明乳酸菌（LAB）和酿酒酵母（S. cerevisiae）在发酵过程中起核心作用，但早期微生物定植如何通过优先效应（priority effects）影响发酵启动和风味形成的机制仍不清晰。自然发酵体系中环境噪声干扰、初始条件不可控等因素，使得因果关系的解析面临挑战。

为解决这一科学问题，中国国家自然科学基金资助的研究团队以黄酒为模型系统，通过整合宏数据分析、合成菌群构建和靶向代谢组学技术，系统探究了预发酵阶段微生物优先效应的作用规律。研究发现，特定乳酸菌组合（如植物乳杆菌L. plantarum和发酵乳杆菌L. fermentum）通过促进肽类水解和氨基酸积累，显著提升后续酿酒酵母的适应性。该成果发表于《Food Bioscience》，为发酵食品微生物组工程提供了新思路。

研究采用三大关键技术：①基于368个公开样本的宏数据挖掘，解析黄酒发酵各阶段菌群结构；②构建25种合成菌群（最多含5个成员）进行共培养实验；③运用LC-MS/MS监测预发酵阶段代谢物动态变化。

【Dynamics of lactic acid bacteria and yeast community succession】
宏分析显示预发酵阶段菌群波动最显著，LAB相对丰度超50%，其空间分布呈现固-液混合特征。

【Synthetic community construction and functional validation】
共培养实验证实12%合成菌群具有正向优先效应，使S. cerevisiae生物量提升30%，同时降解44%发酵底物。

【Metabolic mechanism of priority effects】
靶向代谢组揭示L. plantarum通过加速肽类水解促进游离氨基酸积累，80%菌群互作呈现非竞争性。

【Discussion】
研究首次量化了黄酒发酵中微生物优先效应的功能特异性：①空间结构（固-液混合）和肽水解能力是稳定定植的关键；②特定LAB组合可降低30%有害内源物质；③仅12%随机组合具有功能优势，说明菌群装配存在严格选择压力。该发现不仅为黄酒品质调控提供精准靶点（如优选L. plantarum+ L. fermentum组合），其"先导菌筛选-代谢网络解析-功能验证"的研究框架，亦可推广至肠道菌群、土壤微生物组等复杂生态系统研究。

值得注意的是，预发酵阶段80%的非竞争性互作模式，颠覆了传统发酵微生物"资源竞争"的认知，暗示微生物可能通过代谢分工（如氨基酸交换）实现协同增效。这一发现为设计抗环境干扰的合成菌群提供了新理论依据。