无窖泥浓香型白酒发酵粮的风味特征及微生物群落演替

《Food Bioscience》：Flavor profiles and microbiota succession of fermented grains under pit mud-free nongxiangxing baijiu fermentation

　　

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  建立了一种无窖泥发酵体系，用于酿造浓香型白酒。
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  丝瓜络作为功能微生物固定的创新载体。
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  固定化体系有效稳定了微生物群落演替。
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  最终白酒样品中的己酸乙酯含量显著提高。

引言

白酒是一种特色酒类饮品，主要产自中国，具有悠久的历史（Lan et al., 2025）。白酒的生产以同步糖化发酵工艺为特征，该工艺利用高粱、小麦、大麦、玉米和栗子等富含淀粉的作物作为原料，并加入酒曲（一种类似于米曲的发酵 starters）以启动发酵。经过蒸馏、储存和勾调后，即可获得最终的白酒产品（He et al., 2026; Liu, Zhang, et al., 2023; Tong et al., 2023）。白酒在中国广受欢迎，以其丰富的口感、和谐的香气和独特的风味特征而著称。2024年，中国白酒的年产量达到42亿升，该行业产生的利润超过369亿美元（Duan et al., 2026）。经过长期的发展，各地区白酒的生产技术形成了独特的特点，由此产生了多种不同的白酒风格。具体而言，白酒按其独特的风味和口感特征分为12个不同的风味类别，包括浓香型、酱香型、清香型和混合型等。其中，浓香型白酒占总市场份额的70%以上，是中国最畅销的白酒类别（Huang et al., 2024; Yu et al., 2025）。

浓香型白酒的传统发酵工艺是一种典型的固态发酵体系，发酵在窖池中进行（Li et al., 2026）。窖池中含有大量窖泥，主要分布在窖池内壁和底部。窖泥是一种由黏土矿物、有机物和水组成的复杂复合系统，并经过长期自然微生物驯化。先前的研究已证实，窖泥的参与是区别于浓香型白酒发酵与其他风味类型生产过程的标志性特征（Zhang et al., 2026）。窖泥在整个发酵周期中发挥着关键的功能性作用，为微生物定殖提供专用微生境，并通过多种机制促进高效的微生物代谢和富集，包括矿物组分缓慢释放微量元素、提供有机营养、pH缓冲能力以及微生物群落内的协同作用（Ren et al., 2023; Zhu et al., 2025）。此外，窖泥促进窖泥生态系统与发酵粮醅基质之间的双向代谢物交换，黄水是该过程的主要运输介质（Liu et al., 2026）。在窖泥多样的微生物种群中，产己酸菌最为重要。具体而言，产己酸菌合成己酸，己酸是浓香型白酒中关键香气化合物己酸乙酯形成前体物质。值得注意的是，浓香型白酒中己酸乙酯的含量在一定程度上决定了酒的质量。因此，许多研究报告指出，窖泥的质量直接影响该白酒的最终品质（Han et al., 2024; Liu et al., 2022）。然而，正是由于浓香型白酒生产对窖泥的高度依赖，发酵后需人工出甑，以避免损坏窖泥。这种做法不仅劳动强度大，也对生产机械化实现构成挑战（Li, Fan, et al., 2023）。此外，窖泥容易随发酵粮醅带入后续的蒸馏阶段。这种污染导致蒸馏出的白酒带有泥土和窖泥的异味，需要通过一系列复杂处理加以消除，导致纯化成本增加，与经济化生产的目标相冲突。

为解决窖泥参与发酵所带来的上述问题，许多学者开展了一系列研究，以实现浓香型白酒的无窖泥发酵（PFF）。主要策略包括引入外源产酸或产酯微生物，以在PFF条件下提高发酵粮醅中己酸乙酯的产量。例如，Wang等人从窖泥中分离出一株高产己酸乙酯菌株近平滑念珠菌F-5（Candida parapsilosis F-5），将其培养后获得发酵液，并与发酵粮醅混合进行30天的浓香型白酒发酵。所得白酒的己酸乙酯含量比对照组提高了17.45%（Wang, Liu, et al., 2024）。Gao等人构建了一个以己酸产碱杆菌属（Caproiciproducens spp.）为优势菌属的简化微生物群落，该群落能够高效产生己酸。然后将该群落的发酵液加入到经过25天预发酵的粮醅中，再进行35天的发酵。该工艺使包括己酸乙酯、戊酸乙酯和辛酸乙酯在内的各种酯类含量均有所增加（Gao et al., 2022）。尽管在缺少窖泥的情况下，直接向发酵粮醅中添加产酸或产酯微生物可以部分提高白酒中己酸乙酯的含量，但由于需要添加外源发酵液，该方式容易破坏厌氧发酵环境。此外，培养基的引入往往增加发酵粮醅的水分含量，可能干扰其他土著微生物的正常繁殖，并最终损害最终产品的风味协调性（Gao et al., 2022; Mei et al., 2023）。

丝瓜络是一种天然植物纤维，取自成熟干燥的丝瓜果实，经去除外皮和种子后获得，具有内部三维网状多孔结构（Wang et al., 2019）。作为微生物固定化材料，它具有显著优势。首先，其多孔结构能为微生物提供充足的附着位点，并确保底物和代谢物的高效传质。此外，丝瓜络具有优良的机械强度和环境耐受性，能够在复杂的发酵环境中保持结构稳定。此外，它来源广泛、成本低廉且可自然降解，对环境友好（Ji et al., 2025）。此前关于无窖泥发酵的尝试主要集中在直接接种游离细胞悬浮液或构建简化微生物联合培养上，而利用天然植物纤维材料作为固定化载体用于无窖泥发酵的研究仍然鲜有报道。更重要的是，此类固定化载体调节微生物群落演替和风味代谢的潜在机制仍知之甚少。本研究以丝瓜络作为功能微生物的固定化载体，利用来自窖泥的功能微生物进行固定化，并将固定化后的丝瓜络用于发酵过程中以替代窖泥。通过高通量测序技术研究了PFF过程中发酵粮醅的微生物群落结构，同时利用相关性分析方法系统地研究了理化因素、功能微生物与风味物质之间的关系。这种综合方法使我们得以阐明固定化策略如何重塑微生物群落并引导风味代谢途径。本研究的结果为无窖泥发酵技术的开发提供了理论和实践参考，也为浓香型白酒行业实现生产机械化奠定了基础。

分节摘要

利用丝瓜络固定化功能微生物

本研究中，用于固定化的功能微生物来源于湖北省武汉理工大学附属中试浓香型白酒酿造厂的发酵窖池窖泥。这些窖池已连续使用约10年。具体而言，将5克窖泥与100毫升去离子水充分混合，然后将混合物保持在80°C下5分钟。随后，取20毫升混合物接种至180

发酵粮醅的理化参数

发酵粮醅的理化指标（水分、酸度、还原糖、淀粉、乙醇）表征白酒的发酵性能，追踪其动态变化可识别发酵阶段以指导工艺优化（Xu et al., 2024）。如图1A所示，三组发酵粮醅在发酵最初21天的水分变化呈现相似的上升趋势，从54.90%–55.43%上升至65.10%–65.98%，随后逐渐趋于稳定，直至

结论

本研究以丝瓜络作为生物载体，固定化来自窖泥的功能微生物，成功建立了一种新型的浓香型白酒无窖泥发酵体系。系统地探讨了发酵粮醅中理化特性、风味成分谱和微生物群落的动态演变，并

CRediT作者贡献声明

Qi Yu（余琦）：软件。Zhengjun Zhu（朱正君）：资源。Guangyu Rong（荣广宇）：调查、形式分析。Ruijing Zhang（张瑞静）：数据整理。Jian Xu（徐坚）：写作——审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念化。Jinghua Cao（曹静华）：资源。Chao He（何超）：资源。Fengjiao Cai（蔡凤教）：写作——初稿、调查、概念化。Hao Chen（陈浩）：写作——初稿、方法论、调查。Gaojing Tang（唐高京）：调查、形式分析

未引用参考文献

Li et al., 2023; Liu et al., 2023; Wang et al., 2024; Wang et al., 2022.

数据可用性

原始序列数据已存入美国国立生物技术信息中心序列读档库（NCBI SRA），登录号为PRJNA1507845。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在可能对本研究产生影响的经济利益或个人关系。

致谢

本研究由东湖新技术开发区项目（2024KJB321）、湖北省科技人才服务企业项目（2024DJC034）和咸宁市科技项目（2025JBZ0004）资助。感谢匿名审稿人对本文的认真审阅与评价。

Fengjiao Cai|Hao Chen|Gaojing Tang|Guangyu Rong|Ruijing Zhang|Qi Yu|Zhengjun Zhu|Jinghua Cao|Chao He|Jian Xu