《Food Bioscience》：Decoding the spring-initiated fermentation of northern sauce-flavor baijiu: Integrating physicochemical dynamics, microbial succession, and interpretable machine learning
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•对北方一家白酒酿酒厂的一个春季启动周期进行了剖析。•细菌演替趋向于Lactobacillus富集群落。•真菌群落在各轮次中保留了更广泛的组成灵活性。•群落组装推断揭示了确定性的细菌周转和随机性的真菌周转。•SHAP 识别了与酒精和糖动态相关的转换敏感分类群。引言中国白酒是世
• 对北方一家白酒酿酒厂的一个春季启动周期进行了剖析。
• 细菌演替趋向于Lactobacillus 富集群落。
• 真菌群落在各轮次中保留了更广泛的组成灵活性。
• 群落组装推断揭示了确定性的细菌周转和随机性的真菌周转。
• SHAP 识别了与酒精和糖动态相关的转换敏感分类群。
引言 中国白酒是世界上最具代表性的传统蒸馏酒之一，通过开放式、自发的多物种固态发酵系统生产。在其公认的风味类别中，酱香型白酒以其独特的酱香、焦香和坚果味、丰满酒体和持久回味而著称 (Han et al., 2025; S. Li, Yang, Du, Qiu, & Xu, 2026; Ma et al., 2026)。其传统生产遵循一个年度周期，包括两次顺序投粮（下沙和糙沙）、重复蒸煮、高温堆积发酵、厌氧窖池发酵、蒸馏、长期陈酿和勾调 (Q. Li et al., 2026; Tang et al., 2025)。在这一复杂过程中，源自大曲培养物、原材料、发酵容器和周围生产环境的微生物共同驱动基质降解、代谢物转化和风味化合物形成 (Cao, Zhang, Du, Yuan, & Xu, 2025; W. Shi et al., 2024; Wang et al., 2025)。
微生物演替是酱香型白酒质量形成的核心 (X. Chen et al., 2024; Liu et al., 2025)。在堆积发酵期间，发酵谷物暴露于有氧至半有氧环境中，促进微生物富集、放热积温、酶活化和风味前体生物合成 (L. Chen et al., 2024; Li et al., 2025; N. Zhang et al., 2026)。随着发酵过渡到厌氧窖池阶段，逐渐酸化、乙醇积累、氧气耗尽和底物限制施加了多因素选择压力，富集耐逆分类群并缩小群落多样性 (S. Li et al., 2026)。包括曲霉属、毛霉属、热霉菌属和毕赤酵母属在内的真菌和酵母有助于淀粉水解、糖释放、乙醇产生和风味前体生成，而包括乳杆菌属、芽孢杆菌属、海洋芽孢杆菌属和克洛本菌属在内的细菌参与酸化、氨基酸代谢、酯前体生物合成和压力适应 (Wu et al., 2026; H. Zhang et al., 2026; Zhou et al., 2026)。因此，酱香型白酒的质量由细菌和真菌演替的时间协调塑造，而非由任何单一分类群的占主导决定。
大多数关于酱香型白酒的已发表研究主要在中国传统南方生产区进行，那里的年度周期在秋季启动，具有典型温暖 (14-26 °C) 和潮湿 (70-85%) 的条件。这种季节性安排提供了足够的环境温度和湿度，以维持堆积积温、耐热微生物富集、糖化酶活化和风味前体的早期积累 (Sun et al., 2026)。然而，将此秋季启动方案直接转移到中国北方会造成明显的季节不匹配。北方生产区的气象记录和现场温度监测显示，秋季气温迅速降至约 0-16 °C，相对湿度较低，为 45-60%。随着发酵进入冬季，随后的回收轮次进一步暴露于更具限制性的环境条件，环境温度通常从 -15 到 5 °C，相对湿度降至 35–45% (表 S1)。这种低温低湿条件会限制热积累、减缓微生物定殖、降低酶反应速率并削弱前体形成所需的早期代谢转化，从而损害堆积发酵。
将生产周期改为春季启动可能规避这些限制。然而，在这种季节性调整方案下的发酵动力学仍知之甚少。因此，本研究系统地刻画了中国河北省承德市一家商业酱香型白酒酿酒厂春季启动的发酵过程，跨越了包括下沙 (XS)、糙沙 (ZS) 和四个连续回收轮次 (R1-R4) 的六个生产阶段。全面分析了理化参数、细菌和真菌群落演替、共现网络架构、生态位分化、群落组装过程和预测功能潜力。此外，还应用了结合 SHAP 解释的增量动态机器学习框架，将相邻阶段的微生物变化与相应的理化转变联系起来，并确定发酵进程候选微生物指标。总体而言，本研究确立了一家北方商业酿酒厂单个春季启动生产周期的微生态基线，并为未来的过程监测和质量优化提供了数据驱动的概念框架。
章节摘要 实验设计与采样 发酵谷物样品采集自中国河北省承德市一家商业酱香型白酒酿酒厂。春季启动的发酵周期始于春季（四月）的第一次投粮（下沙，XS），并经过第二次投粮（糙沙，ZS）和四个连续回收轮次（R1–R4），横跨四月至十一月。在六个生产阶段的每一个阶段，样品在七个时间点收集：开始（H0）、中间（HM）和结束
发酵谷物在六个发酵阶段的理化动态 在本研究中，监测了所有六个生产阶段（XS、ZS、R1、R2、R3 和 R4）的五个关键参数，包括水分、酸度、淀粉含量、还原糖含量和乙醇（图 1）。水分含量在整个发酵过程中稳步增加，从 XS 阶段的 41.2% 上升到 R4 阶段的 53.3%。这种持续积累是固态白酒发酵的常见特征，通常归因于微生物代谢活动，包括水
结论 本研究记录了一家北方酱香型白酒酿酒厂一个春季启动生产周期内的理化变化和微生物演替。随着发酵在下沙、糙沙和连续回收轮次中进展，淀粉消耗、乙醇积累和持续酸化共同重塑了理化环境并对微生物演替施加选择压力。细菌群落表现出向Lactobacillus 明显的趋同
CRediT 作者贡献声明 Cuiying Zhang: 写作 – 审阅与编辑，资金获取，概念化。Liangcai Lin: 写作 – 审阅与编辑。Yuan Yun: 写作 – 审阅与编辑。Changcheng Ren: 写作 – 审阅与编辑。Guoming Wang: 写作 – 审阅与编辑。Wenjie Li: 写作 – 审阅与编辑。Wenhao Xu: 写作 – 原稿，调查。Qikai Li: 写作 – 审阅与编辑。Yucui Chen: 写作 – 原稿，调查。Boqin Zhang: 写作 – 原稿，可视化，正式分析
未引用参考文献 Chen et al., 2024; Li et al., 2026; Shi et al., 2024; Zhang et al., 2026.
利益冲突 作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能已经影响本报告中描述的工作。
数据可用性 支持本研究原始测序读取、ASV 表、样品元数据和分析代码目前尚未公开，因为它们构成了一个正在进行的校企协作项目的一部分，并受数据管理和保密限制。访问请求可联系通讯作者 (Cuiying Zhang;
cyzhangcy@tust.edu.cn )。
投稿声明 作者声明，本稿件未曾发表，且未在其他地方考虑发表。所有作者均已批准本稿件提交至该期刊。作者进一步声明，如果接收，该文章未经编辑同意不会同时在任何其他期刊发表。
利益冲突声明 作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能已经影响本报告中描述的工作。
关于稿件准备过程中生成式人工智能和人工智能辅助技术的声明 在准备本工作期间，作者仅使用 OpenAI 的 ChatGPT 来提高稿件的语言、清晰度和可读性。该工具未用于生成科学结论或参考文献。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。
资助 本工作由国家自然科学基金 (资助号 32472317) 和中央引导地方科技发展和科技发展 专项资金 (科技创新基地项目) (资助号 246Z2804G) 支持。
利益冲突声明 作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能已经影响本报告中描述的工作。
致谢 本工作得到国家自然科学基金 (32472317) 和中央引导地方科技发展和科技发展 专项资金 (科技创新基地项目) (246Z2804G) 的财务支持。
Boqin Zhang|Yucui Chen|Qikai Li|Wenhao Xu|Wenjie Li|Guoming Wang|Changcheng Ren|Yuan Yun|Liangcai Lin|Cuiying Zhang
