《Food Bioscience》：Selection and characterization of a pit mud-derived lactate-utilizing consortium associated with endpoint caproate-related acid–ester profiles in simulated strong-flavor Baijiu fermentation
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摘要乳酸在浓香型白酒发酵中的积累与酸酯代谢密切相关，特别是与己酸相关的酯类形成。然而，窖泥中是否存在与固态发酵末端己酸相关酸酯谱有关的乳酸利用菌群尚不清楚。在此，我们从窖泥中选择性富集了乳酸利用菌群，并通过代谢物谱分析、16S rRNA 测序、基于 PICRUSt2 的预测以
摘要
乳酸在浓香型白酒发酵中的积累与酸酯代谢密切相关，特别是与己酸相关的酯类形成。然而，窖泥中是否存在与固态发酵末端己酸相关酸酯谱有关的乳酸利用菌群尚不清楚。在此，我们从窖泥中选择性富集了乳酸利用菌群，并通过代谢物谱分析、16S rRNA 测序、基于 PICRUSt2 的预测以及 10 L 陶瓷罐模拟固态发酵对其进行评估。选定的 G2 菌群在液体富集培养中快速消耗乳酸，伴随着乙酸、丁酸和己酸的阶段性积累。在驯化过程中，厚壁菌门保持优势地位，并从 98.0% 略微增加到 99.5%，Caproiciproducens（0.3% 至 18.9%）、Sporanaerobacter（4.2% 至 15.6%）和 Clostridium（2.1% 至 9.4%）的相对丰度增加，而典型的产乳酸菌属减少。基于 PICRUSt2 的预测表明，丁酸代谢和脂肪酸生物合成的功能潜力增加。在模拟固态发酵中，G2 接种与两种大曲背景下的末端表观己酸乙酯水平较高有关，而在灭菌大曲背景下主要观察到较高的己酸和较低的衍生乳酸乙酯/己酸乙酯响应比。较低的衍生响应比主要反映了较高的己酸乙酯响应，而不是表明固态基质中乳酸的耗竭。这些发现支持进一步评估 G2 作为与末端己酸相关谱有关的候选窖泥衍生微生物资源，但其在固态发酵中的持续性和原位乳酸代谢仍有待验证。
引言
中国白酒是一种通过开放式固态发酵生产的典型蒸馏酒，其风味形成取决于大曲、酒醅、窖泥和黄水等发酵基质中微生物群落的协同代谢。浓香型白酒的特征风味主要由酯类化合物塑造，包括己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯和丁酸乙酯（Chen 等，2024 年；Xu 等，2022 年）。在这些化合物中，己酸乙酯是窖香和酯香的核心贡献者，而适量的乳酸乙酯有助于体感和口感。然而，乳酸乙酯的过度积累会削弱以己酸乙酯为主的酯谱，扰乱乳酸乙酯/己酸乙酯比例，并降低整体风味协调性（Hong 等，2023 年）。因此，了解与乳酸周转、己酸形成和酸酯组成有关的微生物过程，对于理解和潜在地调节浓香型白酒的风味形成至关重要。
乳酸乙酯主要通过乳酸和乙醇的酯化形成，乳酸可用性是影响其积累的关键因素（Wang 等，2022b 年）。在固态发酵过程中，乳酸主要由乳酸菌和其他产酸微生物产生，并可在发酵中后期持续积累（Yang 等，2023 年）。由于乳酸乙酯一旦形成相对稳定，其直接降解或去除比较困难；因此，在前体代谢水平上调节乳酸积累更为可行（Pang 等，2021 年）。目前减少乳酸乙酯积累的策略主要依赖于调整大曲用量、修改发酵条件或抑制产乳酸微生物（Yu 等，2023 年；Wang 等，2017 年）。然而，这些方法大多基于整体过程调节，代谢选择性有限，可能会干扰发酵过程中的微生物协同代谢（Wang 等，2023 年）。因此，具有乳酸利用能力的功能微生物资源可能提供一种潜在手段，用于影响浓香型白酒发酵中与乳酸相关的酸和酯谱。
乳酸利用微生物可在厌氧条件下利用乳酸作为碳源或电子供体，并通过链延长或相关脂肪酸生物合成途径产生乙酸、丁酸和己酸等短链和中链脂肪酸（Kucek 等，2016 年；Tang 等，2022 年；Wang 等，2022a 年）。在这些产物中，己酸可进一步与乙醇酯化形成己酸乙酯，这是贡献于浓香型白酒特征风味的重要前体。以前的研究表明，Caproiciproducens 和 Clostridium 等厌氧属可参与乳酸转化和中链脂肪酸形成（Kucek 等，2016 年；Sun 等，2022 年）。此外，Sporanaerobacter 及相关厌氧类群已在厌氧发酵环境中检测到，并与复杂底物转化和有机酸产生有关（Fan 等，2023 年；Zagrodnik 等，2020 年）。然而，它们在白酒发酵中对与乳酸相关的产酸和酯前体形成的潜在贡献仍理解不足。因此，乳酸利用微生物菌群代表了研究乳酸利用、脂肪酸产生和己酸相关酸酯谱之间关联的潜在功能微生物资源。窖泥是此类天然组装菌群的潜在来源，因为它在长期厌氧、富酸和多底物条件下维持，并藏有多种产酸、产己酸和链延长微生物（Deng 等，2024 年；Sun 等，2022 年）。
尽管乳酸驱动的链延长和中链脂肪酸产生已在连续反应器和混合厌氧发酵系统中得到报告（Qian 等，2020 年；Lu 等，2021 年；Zhang 等，2023 年），但最近的研究强调了功能微生物资源和定义明确的合成菌群在控制发酵代谢方面的潜力（Wu 等，2026 年；Bambace 等，2026 年）。然而，这些受控系统与在传统固态发酵基质中运行的天然组装菌群存在显著差异。与液体反应器相比，白酒固态发酵的特点是低水分、空间异质性、复杂的窖泥 - 酒醅界面、多种共存底物和微生物迁移受限。因此，一个未解决的问题是，来自不同窖泥来源的天然组装菌群在连续传代过程中是否表现出可重复的功能表型，以及选定的菌群是否与异质白酒相关固态发酵系统中的末端己酸相关谱有关。
因此，我们从十个独立的浓香型白酒来源收集的窖泥中选择性富集了乳酸利用微生物菌群，以乳酸为主要选择性底物。比较了来源依赖的富集性能和传代稳定性，以选择一个具有可重复乳酸利用和以己酸为导向的产酸谱的菌群。使用代谢物谱分析、16S rRNA 测序和基于 PICRUSt2 的预测来表征选定的菌群，随后在包含原生窖泥以及灭菌或非灭菌大曲的 10 L 模拟固态发酵系统中对其进行评估。固态实验旨在评估 G2 接种与末端己酸相关酸酯谱之间的关联，而不是建立原位乳酸转化机制。本研究为评估天然衍生的微生物菌群作为传统发酵食品风味调节的功能资源提供了基础。
章节摘要
材料与样本收集
窖泥样本收集自中国四川省十个浓香型白酒生产企业。为了保护保密生产信息，十个来源被匿名化并编码为 G1–G10，对应酒厂 A–J。从每个酒厂选择一个年龄约为 20 年的发酵窖池。虽然这些窖池属于同一种浓香型白酒发酵类型且窖龄相似，但它们来自不同的生产来源且
液体富集条件下的乳酸利用和酸积累
为了比较不同生产来源的窖泥衍生菌群在液体富集条件下的乳酸利用和酸积累特性，建立了来自编码为 G1–G10 的独立窖泥来源的十个富集培养物。这些来源代表了匿名化的浓香型白酒酒厂，窖龄相似但潜在的窖微环境和来源特性不同，如补充表 S3 所述。为了筛选微生物
结论
在本研究中，从浓香型白酒窖泥中选择性富集了一个窖泥衍生的乳酸利用微生物菌群 G2。G2 在液体富集条件下表现出可重复的乳酸消耗，伴随着乙酸、丁酸和己酸的阶段性积累。在模拟固态发酵模型中，G2 接种与两种大曲背景下的末端表观己酸乙酯较高有关，而末端表观己酸较高和较低的衍生
CRediT 作者贡献声明
韩宝林：写作 – 审稿与编辑，监督指导，方法论，资金获取，概念构思。张国华：写作 – 原稿撰写，可视化，方法论，形式分析，数据管理，概念构思。田树林：写作 – 原稿撰写，验证，方法论，调查，形式分析，数据管理。边明红：写作 – 审稿与编辑，方法论，资金获取，形式分析。陶杰：写作 – 审稿与编辑，监督指导，项目
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些关系可能看起来会影响本报告中描述的工作。
致谢
本工作得到四川省教育厅应用酿酒工程技术产学研合作基地（25NJGC-A02）、四川省酒曲工程技术研究中心开放基金（2023-04）、成都市科技局项目（2026-YF09-00040-SN）、宜宾市科技计划（24ZHSF0004）以及酿酒生物技术与智能
张国华 | 田树林 | 程宇飞 | 李英红 | 边明红 | 陶杰 | 韩宝林
四川轻化工大学食品与酿酒工程学院（五粮液学院），中国四川宜宾，644000
