堆积时长调控驱动酱香型白酒酿造中的微生物群落演替与风味代谢

《Food Bioscience》：Regulation of pile-forming duration drives microbial community succession and flavor metabolism in sauce-flavor baijiu brewing

　　

摘要

堆积发酵是酱香型白酒生产中的关键环节，堆制操作（从入堆到出堆）在富集微生物和促进堆温升高方面起着重要作用。然而，不同的堆制时长（PFD）对发酵粮醅的理化参数、挥发性化合物和微生物组成的影响尚不明确。本研究在第4至6轮发酵中，针对三组PFD（PFD_72h、PFD_48h和PFD_24h）全面考察了发酵粮醅的理化参数、挥发性化合物和微生物群落。三组在总可滴定酸度、水分、还原糖、淀粉、有机酸和挥发性化合物方面表现出相似的动态变化规律。与PFD_72h相比，PFD_24h和PFD_48h在堆积发酵过程中表现出更高的初始温度和更快的升温速率，而PFD_72h在窖发酵结束时（CJ阶段）表现出更高的总可滴定酸度和乳酸水平。各PFD组的微生物群落组成和演替模式相似，但在堆积发酵结束时（PD阶段），PFD_48h和PFD_24h组中优势属（Thermomyces、Thermoascus和Saccharomyces等）的相对丰度更高。共现网络在结构和关键物种上存在差异，PFD_72h网络在第4轮和第6轮表现出更高的复杂性和稳定性。冗余分析表明，温度和酸度是微生物群落变化的关键驱动力。代谢相关性分析和功能预测分析表明，Acetilactobacillus、Pichia和Kazachstania与乙酸、乙醇和乙酸乙酯显著相关。本研究阐明了PFD对发酵特性的影响，为调控酱香型白酒生产中的堆积发酵提供了参考。

引言

中国白酒是世界六大蒸馏酒之一，拥有悠久的酿造历史和独特的香型分类体系（Gao et al., 2025; Huang et al., 2017）。根据香气特征，中国白酒可大致分为十二种不同的香型，其中酱香型白酒以其显著的豆酱香气、优雅细腻、酒体醇厚和回味悠长等感官特征区别于其他香型（Cai et al., 2022）。酱香型白酒的生产采用一种极其复杂的技术工艺，即"12987"工艺（Duan et al., 2024），该工艺涉及一年的生产周期、两次投粮、九次蒸煮、八次发酵和七次取酒（Li et al., 2024）。每一轮发酵包括开放式堆积发酵和封闭式窖发酵（图1a）。具体而言，堆积发酵过程包括入堆、出堆、堆翻和堆积结束。从入堆开始到出堆完成的过程称为堆制操作。根据生产规模和轮次不同，该操作可能持续数小时至数十小时不等。出堆完成后，堆积发酵通常继续3至7天。该过程的作用是积累环境微生物、富集功能微生物群落、促进堆温升高以及合成风味化合物及其前体物质。例如，Chen等（2025c）研究了第一轮的堆积发酵，发现Pichia等功能酵母主要来源于酿造环境。Shi等（2022）报道，乙酸乙酯、异丁醇和乳酸等重要风味化合物随着堆积发酵天数的增加呈上升趋势。此外，与封闭式窖发酵相比，调控开放式堆积发酵具有高可操作性和低成本的优势，同时能有效提升酱香型白酒的质量。

目前，酱香型白酒堆积发酵的工艺调控研究主要集中在控制入堆初始温度和堆翻等操作参数上。例如，Zhang等（2021b）通过比较高温度（37±2°C）和低温度（28±2°C）组，研究了初始温度对发酵的影响，结果表明较高的初始温度促进了Lactobacillus的增殖和酸度的积累。类似地，Chen等（2022b）研究了堆翻对堆积发酵的影响，发现堆翻导致不同层次理化性质的重新分布，促进了堆温升高和风味化合物的积累。这些研究表明，调控堆积发酵的工艺参数可以显著影响发酵过程和产品质量。先前的研究还表明，堆积发酵过程容易受环境因素影响（Ding et al., 2024; Zhu et al., 2022）。改变入堆初始温度可能需要温控设备，从而增加生产成本。同时，堆翻依赖人工或机械干预，增加了操作复杂性和管理负担。与改变堆翻或初始温度等参数相比，调控堆制时长（PFD）可能是一种具有更好可操作性和成本效益的潜在策略。然而，目前研究中对PFD的实验调控关注较少。此外，不同的PFD如何影响发酵粮醅的理化参数、挥发性风味化合物和微生物组成的机制尚不清楚。

本研究考察了三种不同PFD组在酱香型白酒发酵过程中对微生物群落组成、理化参数和挥发性风味化合物的影响。基于这些研究，分析了不同PFD组下微生物共现网络和关键物种组成。此外，评估了微生物、理化因子和挥发性化合物之间的相关性，并基于16S rRNA和ITS测序数据，利用PICRUSt2工具预测了微生物群落在风味形成中的潜在代谢功能。这些发现可能为酱香型白酒生产的工艺调控提供新的见解和数据支持。

章节摘要

实验设计

PFD工艺调控实验在中国泸州一家知名酱香型白酒酿造厂的第4至6轮生产期间进行。在堆积发酵粮醅（与一定比例的高温大曲均匀混合）的过程中，设计了三个不同PFD的实验组（PFD_24h、PFD_48h和PFD_72h组）。在这些组中，PFD_48h组代表了生产系统中的常规PFD，而PFD_24h和

PFD对发酵粮醅理化动态的影响

温度是影响酱香型白酒堆积发酵过程中微生物群落演替和代谢活动的关键环境因素之一（Li et al., 2025）。根据图S1a，随着生产轮次从第4轮推进到第6轮，环境温度从14-30°C逐渐升高至20-36°C，为堆积发酵提供了基本的热环境。关于堆温的变化（图S1b），呈现出独特的

结论

本研究考察了PFD在第4至6轮酱香型白酒发酵过程中对理化性质、微生物群落结构和挥发性化合物的影响。结果表明，延长PFD可增加CJ阶段发酵粮醅中总可滴定酸度和乳酸的含量，而缩短PFD则有助于提高初始堆温和加快升温速率。尽管风味特征和

CRediT作者贡献声明

Wei Cheng（程伟）：指导，构思。Yadong Zhang（张亚东）：调查，构思。Dan Huang（黄丹）：构思。Ping Huang（黄平）：方法学，构思。Zhongyu Luo（罗中宇）：写作–审稿与编辑，写作–原稿撰写，可视化，方法学，调查，数据整理，构思。Chongde Wu（吴崇德）：写作–审稿与编辑，指导，项目管理，方法学，构思。Pan Huang（黄盼）：可视化，方法学，调查，构思。Jiao Niu（牛娇）：

未引用参考文献

PICRUSt2, 2020.

利益冲突声明

? 作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究由四川省科技计划（2024ZYD0324）和四川省酿酒科学与技术重点实验室（NJ2024-01）资助。感谢四川大学化工学院宋宏杰博士提供的有益技术帮助。

Zhongyu Luo|Jiao Niu|Pan Huang|Shiyuan Ma|Ping Huang|Dan Huang|Yadong Zhang|Chongde Wu|Wei Cheng

College of Biomass Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China