机械化生产对江西香型高温大曲微生物群落演替及风味物质形成的影响机制研究

为解决高温大曲传统生产劳动强度大、效率低的问题，研究人员采用高通量测序和HS-SPME-GC×GC-MS技术，系统分析了机械化生产过程中大曲的理化特性、微生物群落演替与风味化合物动态变化，揭示了高温阶段是风味形成的关键期，并明确了Virgibacillus等细菌与吡嗪类风味物质的强相关性，为机械化大曲品质调控提供了理论依据。

　　

中国白酒以其独特风味闻名于世，其中高温大曲是酿造酱香型白酒的核心发酵剂。传统大曲生产依赖人工踩制，存在劳动强度大、效率低、品质不稳定等问题。随着劳动力成本上升，机械化生产成为行业趋势，但机械化大曲的微生物多样性和风味代谢是否与传统工艺相当尚不明确。这一瓶颈严重制约了酱香型白酒产业的现代化发展。

为解析机械化生产对高温大曲品质的影响机制，Ping Tang等研究人员在《LWT》发表论文，系统考察了机械化大曲生产过程中理化参数、微生物群落和风味化合物的动态变化。研究采用高通量测序分析微生物组成，结合全二维气相色谱-质谱（HS-SPME-GC×GC-MS）检测挥发性风味物质，并通过偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和Mantel检验揭示微生物与风味形成的关联。

主要技术方法

研究采集贵州某酒厂的机械化与传统大曲样本，按发酵阶段（0/7/14/40天）分层取样。通过PacBio SMRT测序获得2661个细菌ASV和539个真菌ASV，结合α/β多样性分析群落演替；采用HS-SPME-GC×GC-MS鉴定309种挥发性化合物，以VIP>1.5筛选关键风味物质；通过Pearson相关性分析建立微生物-风味关联网络。

研究结果

3.1 理化特性分析

机械化大曲发酵室温度呈现"快速升温-高温维持（55-60°C）-缓降"趋势，水分从29.59%降至9.98%。淀粉和酸度在发酵中期达峰后下降，糖化力在初始阶段最高（受Pantoea等微生物调控），而液化力与Bacillus丰度呈正相关。与传统工艺相比，机械化大曲最终理化指标无显著差异（除糖化力/液化力外）。

3.2 挥发性化合物分析

PLS-DA将发酵过程划分为预处理期（XM/SQ）、发酵Ⅰ期（YF/EF）和发酵Ⅱ期（CC）。在机械化大曲中鉴定出26种关键风味物质（VIP>1.5），其中吡嗪类（如2,5-二乙基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪）占比最高，赋予烘焙香和坚果香。与传统大曲相比，机械化工艺更利于吡嗪积累，而传统工艺以酯类（如乙酸异丁酯）为主。

3.3 微生物群落分析

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  多样性：细菌Chao1指数在发酵期显著升高（p<0.01），真菌则相反。NMDS显示细菌群落演替连续，而真菌呈现跳跃式变化。

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  演替规律：预处理期以Pantoea（小麦源）和Kroppenstedtia（母曲接种）为主；发酵Ⅰ期（YF）Weissella、Saccharopolyspora和Bacillus共存；发酵Ⅱ期（EF/CC）Kroppenstedtia、Virgibacillus和Thermomyces成为绝对优势菌（>97%）。机械化大曲中Bacillus定植延迟，且真菌平衡期（CC）晚于传统工艺（EF）。

3.4 微生物-风味关联

细菌对风味形成贡献显著：Virgibacillus和Scopulibacillus与多数吡嗪类物质强正相关（|ρ|>0.8），其通过氨基酸代谢（如乙酰乳酸脱羧酶EC:4.1.1.5）促进吡嗪合成；Pantoea则与己酸甲酯等酯类相关。真菌中仅Thermomyces与吡嗪呈弱正相关。

结论与意义

该研究首次阐明机械化高温大曲的风味形成机制：高温阶段（YF/EF）是吡嗪类物质积累的关键期，Virgibacillus等嗜热细菌通过代谢网络驱动特征风味形成。尽管机械化工艺改变了微生物演替时序（如Bacillus延迟定植），但最终风味品质与传统工艺相当。研究成果为优化机械化生产参数（如温度调控、菌剂接种）提供了精准靶点，对推进白酒产业智能化转型具有重要实践价值。未来需通过多批次实验验证菌群-风味关联的稳定性，并探索关键菌株的功能基因组特征。