低温大曲类型差异塑造发酵谷物微生物与代谢特征：宏基因组学与风味组学解析

本研究针对不同低温大曲（红心、青茬、后火）对白酒发酵过程中微生物群落与代谢功能的差异化调控机制展开多组学分析。通过宏基因组学揭示三类大曲特异性微生物标志物（如Lactiplantibacillus plantarum、Bacillus licheniformis）及CAZymes（碳水化合物活性酶）功能分异（GH1-3/13/68/95），结合风味组学阐明其与理化性质（酸度、水分活度）的关联规律，为白酒风味定向调控提供理论依据。

　　

研究背景与意义
白酒作为中国传统发酵饮品，其独特风味品质高度依赖大曲微生物的复杂代谢活动。低温大曲作为汾香型白酒的糖化发酵剂，包含红心（Hongxin）、青茬（Qingcha）、后火（Houhuo）三种类型，因培曲温度差异（44-48°C）形成截然不同的外观特征与风味前体。尽管已有研究报道大曲微生物组成，但不同类型大曲如何通过特异性微生物-酶-风味分子网络调控发酵进程仍不明确。这一科学问题的破解，对实现白酒标准化生产与风味精准设计至关重要。

湖北文理学院的研究团队在《Food Bioscience》发表论文，首次整合培养组学、宏基因组学和风味组学技术，系统解析了三类低温大曲发酵谷物中微生物群落结构、CAZymes功能谱与风味形成的耦合机制。

关键技术方法
研究选取湖北襄阳酒厂30个发酵池的谷物样本（红心、青茬、后火各10组），采用传统培养法计数细菌/乳酸菌（LAB）/真菌；通过宏基因组测序分析微生物α/β多样性（Simpson/InvSimpson指数）及CAZymes注释；结合电子舌/鼻检测风味物质，并运用LEfSe分析（LDA>4）鉴定生物标志物。

主要研究结果

1. 样本特征与微生物丰度
   培养法显示红心组细菌/LAB/真菌总量显著高于其他两组（p<0.05），宏基因组数据证实其α多样性最高（Simpson指数差异显著），β多样性分析（PCoA）明确分离三类样本群落结构。

2. 标志性微生物与功能酶谱
   LEfSe分析鉴定出青茬组以Lactiplantibacillus plantarum为标志菌（LDA=4.2），后火组富集Leuconostoc spp.，红心组特异性携带Bacillus licheniformis。CAZymes功能分异显著：红心组GH1-3（糖苷水解酶）主导淀粉降解，后火组GH13/68关联酒精生成，青茬组GH95参与果糖代谢。关键酶如α-淀粉酶（EC3.2.1.1）和β-呋喃果糖苷酶的表达量呈现组间差异。

3. 风味-微生物-酶互作网络
   相关性分析揭示Saccharomyces cerevisiae与酸度呈正相关（r=0.72），GT114家族酶与水分活度显著关联（p<0.01）。功能互补现象突出：Lactiplantibacillus plantarum抑制群落丰富度，而青茬组GH3酶与酸味、含水量呈正相关。电子舌检测证实红心组鲜味增强、苦味降低（p<0.05）。

结论与展望
该研究阐明低温大曲类型通过"微生物-酶-环境"三位一体机制塑造发酵进程：红心大曲凭借高多样性菌群和GH1-3酶促网络提升鲜味，青茬组依赖Lactiplantibacillus plantarum-GH95轴调控酸度，后火组则通过Leuconostoc-GH13/68途径促进酒精转化。这一发现不仅为合成微生物群落构建提供靶点（如Bacillus licheniformis+GH3组合优化），更建立了从大曲工艺参数到终端风味的预测模型，推动传统酿造向精准化迈进。