《Food Research International》：Deciphering wine fermentation through microbiota transplantation and synthetic yeast communities
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•为克服葡萄汁基质带来的影响，人们开发出了整个葡萄微生物群移植技术。•接种策略会影响发酵进程以及葡萄酒的香气特征。•Hanseniaspora opuntiae在气候变化背景下被认定为具有潜力的关键物种。引言葡萄酒的质量与感官特性是由多种因素复杂相互作用决定的。风土、酿造年份、葡
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为克服葡萄汁基质带来的影响，人们开发出了整个葡萄微生物群移植技术。
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接种策略会影响发酵进程以及葡萄酒的香气特征。
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Hanseniaspora opuntiae在气候变化背景下被认定为具有潜力的关键物种。
引言
葡萄酒的质量与感官特性是由多种因素复杂相互作用决定的。风土、酿造年份、葡萄品种以及葡萄栽培方式等要素都在很大程度上影响着最终产品的品质（Bokulich等人，2014；Fl?rl等人，2025；Papadopoulou等人，2022）。这些因素会调控葡萄果实上的微生物群落，进而影响发酵过程，最终决定葡萄酒的风味、香气以及整体感官特征（Bokulich等人，2016；Griggs等人，2025；Hawkins等人，2023；Tempère等人，2018）。
由于影响葡萄酒发酵的因素极为复杂且多变，因此人们开始广泛使用商业混合启动培养物，以此提升发酵过程的稳定性并更好地控制发酵进程。传统上，酿酒师主要依赖酵母Saccharomyces cerevisiae来确保发酵效果的稳定性，而非Saccharomyces属的酵母则通常被认为会导致葡萄酒变质。不过，随着对非Saccharomyces属酵母研究的深入，人们发现它们也有助于提升葡萄酒的感官品质。正因如此，现在越来越多地使用将选定的非Saccharomyces属酵母与S. cerevisiae结合在一起的混合启动培养物，以此提升葡萄酒的复杂度与品质（Beckner Whitener等人，2016；Padilla等人，2016）。目前市面上至少有42种非Saccharomyces属酵母，其中最常见的是Torulaspora delbrueckii、Metschnikowia pulcherrima和Lachancea thermotolerans（Vejarano & Gil-Calderón，2021）。那些由Saccharomyces属与非Saccharomyces属酵母组成的商业混合启动培养物，旨在同时提升葡萄酒的香气复杂性以及确保发酵能够顺利完成（Gardner等人，2023；Vejarano & Gil-Calderón，2021）。
在非Saccharomyces属酵母中，有研究指出L. thermotolerans菌株能够在温暖气候地区降低葡萄酒的pH值，而Metschnikowia属菌株则可通过增加乙酸酯的产生来提升葡萄酒的香气特征（Binati等人，2020）。与S. cerevisiae相比，T. delbrueckii更适于高糖浓度条件下的发酵，因为它能产生更低浓度的挥发性酸类以及其他异味物质，比如硫化氢和挥发性酚类（Bely等人，2008；Renault等人，2009）。Hanseniaspora属的多个物种也存在于葡萄园中，且具有重要的酿酒价值，比如H. valbyensis、H. guilliermondii、H. opuntiae、H. uvarum、H. thailandica、H. meyeri以及H. clermontiae等（Valera等人，2025）。H. uvarum菌株已被广泛研究，它们通常存在于葡萄汁以及发酵初期。有研究表明，这类菌株在与S. cerevisiae共同发酵时，能够提高乙酸酯的含量，同时减少醋酸的生成量（Hu等人，2018；Vaquero等人，2020；Z. Zhang等人，2023）。
虽然H. uvarum已被大量研究，且通常与葡萄酒发酵的早期阶段相关，但持续的气候变化可能会改变葡萄园中酵母群落的构成，有可能让更具耐热性的Hanseniaspora属物种，如H. opuntiae，占据优势，进而影响最终葡萄酒的口感特征（?u?等人，2026；Yang等人，2025）。在被视为气候变化热点地区的地中海葡萄种植区，温度敏感性尤为突出（Cos等人，2022）。气候预测显示，到本世纪末，夏季气温将上升约4–5℃，极端高温天气频发，高排放情景下甚至可能超过45℃（Giorgi & Lionello，2008；IPCC，2021）。H. opuntiae最早于2003年在夏威夷的仙人掌中被发现，直到2007年才在葡萄园中被分离出来（Cadez等人，2003；Nisiotou & Nychas，2007）。有研究指出，H. opuntiae能够增加醋酸酯、某些萜烯以及部分高级醇的含量（Badura等人，2023；Filippousi等人，2024；Luan等人，2018）。
除了相关的微生物群落之外，发酵结果还受到接种策略的影响，这些策略可能包括使用选定的启动培养物进行共接种或序贯接种、采用预发酵葡萄汁作为接种剂——这种葡萄汁里已经含有适应了葡萄汁环境的本土微生物——以及不添加商业启动培养物的自然发酵。不同的接种方式都会显著影响酵母的更替、不同物种间的相互作用、发酵动力学以及挥发性化合物的生成，最终决定葡萄酒的感官特征与整体品质（Wang等人，2023）。然而，目前仍缺乏针对同一基质（即相同葡萄品种）中全部本土微生物群落对葡萄汁发酵及最终葡萄酒品质影响的深入研究，这样一来就无法避免基质和品种带来的干扰。由于葡萄品种在发酵和香气形成过程中起着核心作用，它们能为酵母的生长和代谢提供必要的养分，同时也能产出香气前体物质，因此，在相同基质中直接通过发酵从葡萄果实中提取完整微生物群落并研究其影响显得尤为重要（Waterhouse等人，2016）。
天然微生物群落本质上是极其复杂的系统，要弄清驱动发酵过程的各类相互作用十分困难。正因如此，简化的合成微生物群落（SynComs）便成为研究微生物群落的有效方法（De Roy等人，2014）。通过降低群落的复杂性，SynComs使得人们能够分离出那些在复杂自然生态系统中被掩盖的关键微生物，并对其行为、相互作用以及功能作用进行系统研究（Blasche等人，2017）。这样的简化有助于更清晰地了解影响发酵结果的机制，从而让人们对发酵食品系统的理解更具预测性且更易于控制（Louw等人，2023）。在研究葡萄酒发酵的过程中，人们也曾使用过SynComs，比如用来预测菌株表型、分析物种间的竞争关系，通常每个物种使用一种菌株，一个混合群落最多包含七种菌株（Lax & Gore，2023；Ruiz等人，2023）。
本研究的目的在于探究葡萄果实表面的微生物群落对发酵动力学以及葡萄酒香气特征的影响。但由于基质效应，也就是不同葡萄汁的固有成分存在差异，比较不同葡萄品种的微生物群落并非易事。为克服这一限制，本研究将两种葡萄品种（抗真菌病害的Artaban品种以及传统栽培品种Carignan）的微生物群落移植到了同一份经过快速巴氏杀菌处理的梅洛葡萄汁中。这一方法首次实现了对葡萄果实微生物群落移植效果的评估，使得人们能够在排除葡萄汁基质干扰的情况下比较不同品种的微生物群落特征。此外，为了与微生物群落移植法进行对比，本研究还对每种葡萄品种采用了预发酵葡萄汁发酵的方法。
章节要点
发酵条件
实验是在1.2升的玻璃发酵罐中进行的，每个发酵罐中加入了1升经过快速巴氏杀菌处理的梅洛葡萄汁，该葡萄汁的糖含量为194.4克/升，可利用氮含量为215毫克/升，pH值为3.6。快速巴氏杀菌是使用Techniprocess板式换热器在82℃下进行30秒处理的。为确认实验所用葡萄汁的无菌状态，研究人员将100微升的快速巴氏杀菌处理后的葡萄汁涂布在三个培养皿中，随后将培养皿置于28℃下培养。一周后，所有培养皿上均未观察到任何微生物生长
葡萄果实上以及自然发酵过程中的真菌多样性
本研究的第一步是比较Artaban品种和Carignan品种的葡萄果实上以及在其经快速巴氏杀菌处理的梅洛葡萄汁中发酵时的微生物群落多样性。对于这两个品种，研究者采用了两种接种策略：葡萄果实表面冲洗法（即葡萄果实微生物群落移植）以及预发酵葡萄汁接种法。在发酵过程的四个不同时间点，研究人员分别采集了采用这两种方法的样本，并通过宏基因组分析方法对这些样本的群落多样性进行了检测。其数量
结论
这是首次在同一发酵基质中评估完整的微生物群落，使得人们能够在不受葡萄品种影响的条件下比较两种微生物群落。我们发现了这两个品种的微生物组成之间存在细微差异，包括优势菌群的变动及其对葡萄酒化学成分的影响。此外，我们还研究了不同接种策略对发酵效果的影响。通过预发酵葡萄汁接种法和葡萄果实表面冲洗法得到的
关于手稿准备过程中生成式人工智能及人工智能辅助技术的声明
在撰写本论文的过程中，作者GPM和CN使用了chatGPT来提升论文的英文表达水平。他们根据需要对相关输出内容进行审核和修改，并对最终发表文章的内容承担全部责任。
CRediT作者贡献说明
Gabriela Pinto Miguel：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，方法学，研究实施，正式分析，数据整理，概念构建。Evelyne Aguera：写作——审阅与编辑，验证，监督，方法学，研究实施，数据整理，概念构建。Mélanie Veyret：方法学，研究实施。Cécile Neuvéglise：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，验证，监督，资源协调，项目管理，方法学，研究实施，资金支持
资金来源
本研究得到了奥克西塔尼大区的“Défi clé Vinid'Occ”计划以及OenoVard'Occ项目的支持，该项目的名称为“奥克西塔尼地区新品种的酿酒特性研究”。G.P.M.博士的研究工作则获得了奥克西塔尼大区以及INRAE MetaBio项目的资助。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
作者们想要感谢Olivier Rué、Faiza Macna、Léane Gesnel以及Valérie Nolleau在项目开展过程中提供的技术支持。
Gabriela Pinto Miguel|Evelyne Aguera|Mélanie Veyret|Cécile Neuvéglise
