温度驱动固态发酵醋醅细菌群落自组装的网络生态学机制解析

本研究针对传统固态发酵醋醅（seed Pei）微生物群落受温度调控机制不明的科学问题，通过模拟25°C、30°C和35°C下五轮循环接种过程，结合PacBio全长16S测序和分子生态网络分析，揭示了温度作为"热力过滤器"定向选择乳酸菌（LAB）和醋酸菌（AAB）的规律，发现25°C形成高复杂性低脆弱性网络，而高温促进群落连接度。该成果为功能性发酵剂设计提供了生态学理论基础。

　　

在传统食醋酿造领域，固态发酵（SSF）过程中微生物群落的动态变化始终是个"黑箱"。作为发酵起点的醋醅（seed Pei），其微生物组成直接影响最终产品的风味和品质。然而，这个通过循环接种传承数百年的发酵体系，长期面临两大难题：一是环境温度波动如何塑造微生物群落结构，二是多轮接种过程中群落自组装的生态学规律。这些问题制约着现代发酵工业对传统工艺的精准调控。

江苏大学的研究团队在《Food Bioscience》发表的研究中，创新性地构建了温度梯度（25°C/30°C/35°C）下的五轮模拟发酵体系，采用PacBio平台全长16S rRNA基因测序解析细菌群落演变，结合分子生态网络分析（MENs）揭示群落构建机制。实验以镇江香醋（ZAV）典型配方为基质，监测了发酵过程中温度动态和酸度变化。

温度动态和酸度变化
研究发现尽管终点总酸无显著差异，但35°C组非挥发性酸含量较高。值得注意的是，发酵第3天时所有组的醋醅核心温度均升至40°C以上，表明微生物代谢产热是温度调控的关键因素。

细菌群落组装规律
通过β多样性分析发现，不同温度组的群落结构从第3轮开始显著分化。25°C组以Lactobacillus acetotolerans和Acetilactobacillus jinshanensis等耐酸菌为主，30°C组富集Thermoacetobacter spp.，而35°C组则被Acetobacter pasteurianus占据优势。这种温度依赖的物种更替验证了"热力过滤"假说——环境温度选择性地用代谢功能相似但热适应性更强的菌株替代原有种群。

分子生态网络特征
网络分析显示25°C组具有最高的模块化指数（0.43）和最低的最大脆弱性（0.12），表明低温促进形成复杂且稳健的互作网络。高温组则呈现高度连接的"小世界网络"特征，30°C组的平均聚类系数达0.31，反映温度升高促使群落互作方式转变。

关键物种的生态功能
研究发现Komagataeibacter europaeus在35°C组作为关键种（keystone species）出现，其度中心性（degree centrality）显著高于其他节点，说明该菌在高温条件下具有协调群落互作的特殊功能。这与前期研究发现的该菌提升生态系统鲁棒性的结论相印证。

该研究首次系统阐释了温度梯度下醋醅微生物群落的阶梯式自组装规律：前3轮为物种筛选期，后2轮进入网络优化期。温度通过双重机制调控群落——既作为环境过滤器直接选择耐受菌株，又间接通过改变种间互作网络拓扑结构影响功能输出。这些发现不仅为传统发酵工艺的标准化改造提供了理论依据，更为设计温度适配型合成菌群（SynComs）提供了新思路。特别值得注意的是，研究揭示的25°C网络复杂性优势，为平衡发酵效率与产物多样性提供了实践指导，这对解决季节性生产中的质量波动问题具有重要应用价值。