宏基因组学与挥发性代谢组学揭示新型牧区醪糟发酵过程中微生物演替与风味形成机制

内蒙古农业大学研究人员针对传统牧区醪糟风味形成机制不明的问题，通过宏基因组学和挥发性代谢组学联合分析，揭示了燕麦-小米共发酵新型醪糟（NPLZ）中52种特征风味物质的动态变化规律，鉴定出以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和假单胞菌（Pseudomonas oryzihabitans）为核心的8种功能微生物，阐明有机酸积累是驱动微生物群落演替的关键环境因子，为特色谷物高值化利用提供理论支撑。

　　

在内蒙古传统饮食文化中，牧区醪糟作为一种低酒精度的发酵谷物食品，凭借独特风味和健康功效广受欢迎。然而，随着消费者对口感和营养需求的提升，传统单一谷物发酵产品存在风味单一、品质不稳定等问题。燕麦作为全谷物健康食品，富含β-葡聚糖和酚类抗氧化物质，与小米共发酵可显著改善醪糟的抗氧化活性和风味品质。但新型牧区醪糟（NPLZ）发酵过程中，究竟哪些微生物在主导风味形成？环境因子如何调控微生物群落演替？这些关键科学问题亟待解答。

内蒙古农业大学的研究团队通过多组学联用技术，系统解析了NPLZ发酵36小时内的动态变化规律。研究采用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用（HS-SPME/GC-MS）检测挥发性风味物质，结合Illumina高通量测序分析微生物群落，运用正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和斯皮尔曼相关性分析等生物信息学方法，构建了风味物质-微生物-环境因子的互作网络。

3.1 理化指标与风味物质的动态变化
研究发现发酵过程中还原糖含量从53.27 g/kg降至26.70 g/kg，而总酸含量从34.27 mg/g升至64.76 mg/kg，pH由6.34降至5.02。丙酸（TAV>48）和丁酸（TAV>29）是主要呈味酸，其含量在27小时达到峰值。挥发性物质总量增长近5倍，其中苯乙醇（ROAV>500）和癸酸乙酯（ROAV>880）等14种物质被确定为关键风味成分。

3.3 微生物群落演替规律
α多样性分析显示Chao1指数随发酵时间显著降低（p<0.05）。在物种水平上，酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）始终占据优势（73.78%-80.63%），假单胞菌（Pseudomonas oryzihabitans）在9小时丰度达9.38%。LEfSe分析发现甲基过杆菌（Methyloversatilis thermotolerans）和类芽孢杆菌（Paenibacillus piri）是驱动群落演替的关键物种。

3.4 微生物演替的驱动因素
方差分解分析（VPA）表明有机酸积累解释了77.75%的群落变异。冗余分析（RDA）显示甲基过杆菌（Methyloversatilis discipulorum）与pH正相关，而大肠杆菌（Escherichia coli）与有机酸含量显著正相关。共现网络分析发现假单胞菌属（Pseudomonas）和泛菌属（Pantoea）构成核心互作模块。

3.5 风味形成的核心微生物
通过O2PLS模型筛选出8种核心功能微生物，其中酿酒酵母与17种风味物质呈正相关（|r|>0.6）。代谢网络重建显示，丙酮酸通过TCA循环生成苹果酸，继而转化为关键风味前体——天冬氨酸和谷氨酸。苯丙氨酸代谢途径产生的苯乙醇贡献了突出的玫瑰香气。

该研究首次阐明了燕麦-小米共发酵体系中微生物与风味的协同演化机制，发现有机酸积累是调控群落结构的关键环境压力。研究建立的"丙酸代谢-酯类合成"分子模型，为定向调控发酵食品风味品质提供了新策略。值得注意的是，甲基过杆菌和类芽孢杆菌等非优势菌的生态功能被重新定义，这对理解复杂发酵体系的微生物互作具有重要启示。研究成果发表在《Food Chemistry: X》，为开发特色谷物发酵产品提供了理论依据和技术支撑。