温度湿度变化速率调控中高温大曲微生物群落结构与功能的关键机制研究

本研究针对中高温大曲生产过程中温度湿度变化速率（TIP阶段）对微生物群落结构与功能的调控机制展开深入探究。通过分析不同温湿度变化速率下微生物群落演替、生态位宽度及组装模式的差异，发现缓慢变化速率可显著提升大曲微生物物种多样性（如酯类含量达20 mg/kg，显著高于快速组的4 mg/kg），并增强碳水化合物分解酶和风味物质合成相关功能。该研究为精准调控大曲生产工艺提供了重要理论依据。

　　

中国白酒作为世界六大蒸馏酒之一，其核心发酵剂中高温大曲（Medium-high temperature Daqu）的品质直接决定酒体风味。传统大曲生产依赖经验性调控温度湿度，但环境参数动态变化如何影响微生物群落组装与功能仍不明确。尤其升温期（Temperature increase period, TIP）微生物群落对环境变化高度敏感，其演替规律与温湿度变化速率的关联机制亟待解析。

泸州老窖股份有限公司创新团队通过控制TIP阶段温湿度变化速率（快速组与缓慢组），结合扩增子测序和多元统计分析，系统揭示了大曲微生物响应环境动态的生物学机制。研究采集四川宜宾大曲样本，利用无线环境传感器实时监测参数，通过门/窗操作调控发酵环境。关键技术包括：16S rRNA/ITS测序分析微生物多样性、环境因子相关性分析（如RDA）、零模型评估群落组装过程（如βNTI指数），以及气相色谱测定风味物质含量。

微生物多样性及群落变化
测序数据显示，TIP阶段细菌和真菌群落结构快速更替（Chao1指数变化显著），而高温降温期（P2阶段）趋于稳定。缓慢变化组微生物α多样性（Shannon指数提升15%）和β多样性均显著高于快速组，且与环境因子（温度/湿度梯度）相关性更强。

环境梯度下的生态位特征
缓慢变化组微生物沿环境梯度呈现更宽的生态位广度（Niches breadth），如芽孢杆菌属（Bacillus）在温度梯度上的分布范围扩大2倍。随机森林分析表明，缓慢变化组关键功能菌（如Thermoascus）丰度提升30%，驱动碳水化合物代谢通路富集。

群落组装模式差异
零模型分析显示，快速组群落组装以确定性过程（Deterministic processes）主导（βNTI>2），而缓慢组随机性过程（Stochastic processes）贡献率增加40%。这种差异导致缓慢组形成更复杂的微生物互作网络（节点数增加25%）。

功能酶与风味物质关联
缓慢组微生物的淀粉酶（Amylase）和酯合成酶活性分别提高1.8倍和2.3倍，对应风味酯类含量达20 mg/kg（快速组仅4 mg/kg）。共现网络分析揭示，慢速变化下核心菌群（如Thermomyces）与风味物质合成呈显著正相关（r>0.7）。

该研究首次阐明温湿度变化速率通过调控群落组装模式影响大曲微生物功能，为生产工艺标准化提供量化指标。发现缓慢变化速率能拓宽微生物生态位、增强随机性组装过程，进而提升酶活性和风味物质产量。成果发表于《Food Bioscience》，对传统发酵食品的精准调控具有普适性指导价值。