通过集成电子鼻、GC–MS以及宏基因组分析，发现了不同发酵程度下江西兴白酒堆酿谷物在挥发性风味物质及微生物群落方面的差异

《Food Research International》：Integrated electronic nose, GC–MS, and metagenomic analyses reveal volatile flavor and microbial community differences in heap-fermented grains of Jiangxiangxing Baijiu across different fermentation degrees

　　•电子鼻通过整体气味反应来区分发酵程度，而HS-SPME-GC–MS则将乙醛识别为具有代表性的挥发性标志物。•在不同发酵程度下，可观察到不同的微生物生物标志物及功能差异。•醋酸菌与乙醛的积累存在显著关联。

引言
中国白酒是一种传统的蒸馏酒，经过长期的技术发展与文化传承演变而来，是中国饮食文化与遗产的重要组成部分（Li等人，2022）。根据香气特征，白酒可分为多种香型，包括酱香型、浓香型、清香型和米香型（Li等人，2023）。其中，酱香型白酒因其复杂的风味特征和独特的酿造工艺而被视为最具代表性的香型之一（L. Wang，2022）。其特点在于具有明显的酱香，优雅细腻的感官体验，持久的余味，以及杯中仍能保留较长时间的香气（Duan等人，2022）。这些独特的感官特性形成与其漫长而复杂的发酵过程密切相关，在这一过程中，多种微生物参与底物的转化与风味的形成。

酱香型白酒的酿造遵循“四高两长”的特色工艺流程，即高温制曲、高温堆积、高温发酵、高温蒸馏，以及漫长的生产周期和陈酿时间，其中堆肥发酵是形成其典型风味的关键阶段（Zhu等人，2026）。在这一过程中，蒸熟的高粱被冷却到适宜温度后，与高温曲混合，在露天进行3–7天的堆肥发酵（Y. Li等人，2025），从而使环境中的微生物得以富集、活化并保持代谢活性。然而，作为一种开放式的固态发酵系统，堆肥发酵极易受到温度、湿度、酸度及氧气含量等环境因素变化的影响，导致发酵程度难以稳定控制（Chen等人，2024；He等人，2024），进而使发酵进程出现差异，形成不同的发酵程度。在实际生产中，通常根据发酵时长、温度变化、粮质状况、香气发展以及理化性质等综合特征来判断堆肥发酵谷物的发酵程度，一般将其分为未充分发酵、正常发酵和过度发酵三种状态。在标准的生产周期内（大约3–7天），正常发酵的谷物能够达到预期的发酵程度并满足入窖要求，其特点是温度逐渐升高至高温阶段（约40–50℃），同时伴有典型的香气产生且无明显杂味。相比之下，未充分发酵的谷物在规定的生产周期内无法达到预期的发酵效果，表现为温度上升缓慢或温度积累不足，香气较弱，风味前体物质转化不完全，因而无法满足入窖条件。而过度发酵的谷物则通常意味着发酵时间过长，代谢活动持续超过最佳范围，导致入窖时间推迟，往往还伴随着长时间处于高温环境、代谢平衡紊乱，以及可能产生不良风味物质。需要强调的是，这些发酵程度不应仅仅被视为成熟度的指标，而应是受理化环境、微生物群落特征及代谢活动共同影响的不同生态状态。因此，不同的发酵状态可能对应着不同的微生物生态过程与功能潜力，而这些又与挥发性风味物质的生成及其对白酒品质的影响相关。目前，对堆肥发酵程度的评估主要依赖于对温度和湿度变化的触觉感知，以及对香气特征和杂味的嗅觉判断等经验性方法（Chen等人，2024；S. Li等人，2025）。尽管这些方法在工业生产中被广泛采用，但它们本质上是主观的，容易受到操作人员经验、生理状态及环境因素的影响（He等人，2022）。因此，建立客观、标准化的发酵程度评估体系，对于提升酱香型白酒生产中堆肥发酵控制的稳定性和精准度至关重要。

挥发性风味化合物是发酵谷物感官特性的重要组成部分，其成分的变化可能反映不同发酵程度之间的差异。由于挥发性化合物的形成与转化与微生物的代谢活动密切相关，因此对其动态变化的研究可以为了解堆肥发酵过程中的风味演变提供重要线索，也为构建客观的发酵程度评估体系奠定理论基础。近年来，电子鼻、顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱技术以及宏基因组测序已被广泛用于研究复杂发酵系统中的风味特征与微生物群落。电子鼻能够快速分析整体香气特征（Jing等人，2020；Tian等人，2026）；HS-SPME-GC–MS有助于全面检测挥发性化合物（Deng等人，2022）；而宏基因组测序则可以实现对微生物群落的高分辨率鉴定与功能注释（G. Chen等人，2022）。将这些方法相结合，可为揭示发酵食品中的风味形成机制与微生物功能提供有力的分析框架（H. Li等人，2026）。作为发酵过程的主要推动力量（Wang等人，2021；Q. Li等人，2025），微生物通过合成各种酶类——如淀粉酶、蛋白酶和酯酶——来参与风味化合物的生成与转化（Liu等人，2025a），从而深刻影响发酵谷物的品质与风味发展。虽然这些分析方法已在白酒（Liu等人，2025b）、曲酒（Ying等人，2025）以及其他发酵食品（Gao等人，2024；Xian等人，2022）的研究中得到广泛应用，但对于酱香型白酒堆肥发酵过程中不同发酵程度之间的理化差异、微生物群落变化、功能潜力差异以及风味差异之间的生态学机制，目前仍缺乏深入理解。尤其是，微生物群落的分化与功能潜力如何导致与发酵程度相关的风味差异，这一问题在很大程度上仍未明确。

因此，本研究旨在系统地分析具有不同发酵程度的堆肥发酵谷物，包括未充分发酵、正常发酵和过度发酵的样本。具体研究目标包括：（i）利用电子鼻和HS-SPME-GC–MS全面分析挥发性风味特征；（ii）通过宏基因组测序研究微生物群落的组成变化；（iii）通过相关性分析阐明关键微生物与特征风味化合物之间的关联；（iv）分析不同发酵程度下微生物功能潜力的差异，并通过KEGG、CAZy和eggNOG-based功能注释推断与风味差异相关的潜在代谢途径。总体而言，本研究为理解酱香型白酒堆肥发酵过程中不同发酵程度所导致的风味与微生物差异提供了系统的认识，为科学评估和精确调控发酵过程提供了理论支持与技术指导。

样本采集与分类
本研究所使用的所有堆肥发酵谷物样本均采自中国贵州省仁怀市的一家酱香型白酒生产企业。来自同一生产批次的样本代表了不同的发酵程度，确保了原材料和固态发酵过程的统一性。根据实际生产标准，这些样本被分为三种发酵程度：未充分发酵（TF1–TF3）、正常发酵（NF1–NF3）以及……

不同发酵程度发酵谷物的感官评价
为了全面分析不同发酵程度发酵谷物的感官特性，本研究生成了雷达图（图1A）。如图所示，同一类别内的样本具有高度一致的感官特征，而不同类别之间的样本则存在明显差异。正常发酵样本的感官特征表现为明显的酸味、酒味、果香、草香和花香。相比之下，未充分发酵样本的这些香气强度相对较弱……

结论
本研究系统分析了酱香型白酒生产中不同发酵程度堆肥发酵谷物的理化性质、挥发性成分、微生物群落结构及功能潜力。未充分发酵、正常发酵和过度发酵样本之间存在显著差异，尤其是在酸度和还原糖含量方面。电子鼻分析显示，不同发酵程度的样本具有不同的挥发性气味指纹图谱……

作者贡献声明
Guiyin Li：撰写——初稿、可视化、研究、资金获取、正式分析、数据整理。Lixia Shen：撰写——初稿、研究、数据整理。Lei Nie：研究、正式分析、数据整理。Ping Tang：撰写——初稿、研究、正式分析、数据整理。Qimuge Shan：研究、正式分析、数据整理。Liqin Qin：可视化、研究、数据整理。Shuangxi Fan：撰写——审稿与编辑、资源准备。

伦理声明
在感官评价中，所有测试样本均为可食用产品，目前该机构尚未要求进行相关的伦理审查。在整个研究过程中，已采取适当措施保护所有参与者的权利与隐私，包括确保没有强制参与者参与、充分告知研究要求与风险、获得参与者的书面同意、未经其知晓不公开其数据，以及允许参与者随时退出研究。

参考文献
Chen, Bai, Zhang, Zhao and Xiao, 2022
Chen et al., 2022
Li et al., 2026
Li et al., 2026
Li et al., 2025
Li, Han, Yan, Qiu and Lu, 2025
Li et al., 2025
Liu et al., 2025
Liu et al., 2025
Wang et al., 2025
Wang et al., 2025

利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢
本研究得到了国家自然科学基金[32572538, 32372309]以及贵州省特色微生物资源在产业中应用科技人才团队项目[2023]029的支持。

Guiyin Li|Lixia Shen|Lei Nie|Ping Tang|Qimuge Shan|Liqin Qin|Shuangxi Fan|Xuewu Guo