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白酒酿造中，汾酒大曲（FFD）作用关键，但地理和季节对其微生物组及功能影响不明。研究人员对不同地点和季节的 FFD 样本进行宏基因组和宏蛋白质组分析。发现两者显著影响微生物群落，且碳水化合物代谢相关蛋白变化大。该研究为优化 FFD 生产提供依据。
白酒，作为中国传承千年的传统蒸馏酒，凭借独特的酿造工艺和丰富多样的风味，在世界酒文化中独树一帜。其中，汾香型白酒以其清新淡雅的香气和绵柔醇厚的口感备受青睐，而汾酒大曲（Fen-flavored Daqu，FFD）则是汾香型白酒酿造的核心发酵剂，如同隐藏在幕后的 “魔法钥匙”，开启了白酒风味与品质塑造的大门。
在白酒酿造的漫长历史进程中，人们逐渐意识到地理环境和季节因素对大曲发酵有着不可忽视的影响。不同地区的气候、土壤、水质等条件差异，以及四季更迭带来的温度、湿度变化，都如同一双双无形的手，悄然改变着大曲中微生物的种类和数量，进而影响白酒的风味和品质。然而，尽管前人围绕这一领域开展了诸多研究，但对于地理和季节因素如何具体影响 FFD 的微生物群落结构以及功能潜力，科学界仍未形成全面且深入的认知。部分研究由于存在生产工艺差异等干扰因素，难以准确揭示两者之间的内在联系。而且，以往研究多聚焦于微生物群落结构分析，在蛋白质功能层面，尤其是碳水化合物代谢关键酶的研究上存在缺失。这就好比拼图缺少了关键的几块，使得我们对 FFD 发酵机制的理解始终不够完整。
为了填补这些知识空白，探索 FFD 发酵过程中微生物与环境之间的奥秘，来自多个研究机构的研究人员携手开展了一项极具意义的研究。他们巧妙地选取了地理位置相近（距离在 10 公里以内，当地气候相似）的三家工厂生产的 FFD 样本，同时采集了同一工厂在夏季、秋季和冬季生产的 FFD 样本，以此来深入探究微观地理和季节因素对 FFD 的影响。研究成果发表在《Food Bioscience》上。
在研究过程中，研究人员运用了多种先进技术。其中，宏基因组测序技术（Metagenomic sequencing）是关键技术之一，通过对 FFD 样本中的全部微生物基因组进行测序，能够全面了解微生物群落的组成和基因信息。此外，宏蛋白质组分析技术（Metaproteomic analysis）也发挥了重要作用，它可以检测微生物表达的蛋白质，从而揭示微生物在实际功能层面的变化。研究样本均来自山西杏花村汾酒厂股份有限公司（Shanxi Xinghuacun Fen Distillery Co., Ltd）。
微生物组成和多样性分析
研究人员对 30 个 FFD 样本进行宏基因组测序，获得了海量的清洁数据（227,984.05 Mbp）以及大量预测的开放阅读框（6,770,821 个）。经过筛选和去冗余处理后，保留了 1,067,966 个单基因用于后续分析。核心 - 泛基因组稀疏化分析表明样本覆盖度良好，且样本间基因多样性丰富。每组非冗余基因的平均数量为 (4.35 ± 0.45) × 105。这一结果初步展示了 FFD 样本中微生物基因的丰富性和多样性，为后续深入研究微生物群落结构奠定了基础。
微生物群落结构受地理和季节影响
通过深入分析，研究发现地理和季节因素对 FFD 的微生物群落结构有着显著影响。在真菌方面， Lichtheimia、Rhizopus 和 Pichia 等属常常占据主导地位；而在细菌领域，Streptomyces 和 Lactobacillus 等属则是主要贡献者。这表明不同的地理环境和季节条件为不同种类的微生物提供了独特的生存环境，进而塑造了 FFD 复杂多样的微生物群落结构。
碳水化合物代谢相关蛋白的变化
差异蛋白质表达分析显示，在微观地理和季节比较中，碳水化合物运输和代谢相关的蛋白质数量变化最为显著。这充分凸显了糖酵解和多糖降解酶在 FFD 发酵过程中的关键作用。进一步研究发现，季节变化，尤其是从夏季到冬季的转变，会使 α- 葡萄糖苷酶（alpha-glucosidase）、β- 葡萄糖苷酶（beta-glucosidase）和葡糖淀粉酶（glucoamylase）等关键酶发生改变。这些酶的变化直接影响了碳水化合物的代谢过程，而碳水化合物代谢又与白酒的风味物质生成密切相关，因此可以推断季节因素通过影响这些酶的活性，对白酒的风味和品质产生了重要影响。
宏基因组与宏蛋白质组数据的差异
通过跨物种比较发现，宏基因组数据中丰富的属并不总是与宏蛋白质组数据中的情况一致。这一现象揭示了两个数据集之间功能的复杂性和互补性，意味着仅仅通过宏基因组数据无法完全准确地预测微生物的实际功能，宏蛋白质组数据能够从另一个层面提供更为直接的功能信息，两者结合才能更全面地理解 FFD 发酵过程中微生物的功能机制。
综合以上研究结果，该研究全面揭示了微观地理和季节因素对 FFD 微生物组和功能蛋白质景观的塑造作用。明确了真菌和细菌中主要的优势属，以及碳水化合物代谢相关酶在其中的关键角色。这一研究成果不仅加深了人们对传统白酒发酵过程中微生物和生化驱动因素的理解，还为在不同环境条件下优化 FFD 生产提供了切实可行的理论依据。例如，在选择新的白酒生产地点或拓展生产季节时，生产者可以参考这些研究结果，通过调整生产工艺，更好地适应环境变化，从而保障白酒的品质和风味稳定。同时，该研究也为其他发酵食品领域研究环境因素对发酵过程的影响提供了借鉴，推动了整个发酵食品行业的发展。
