酱香型白酒因其独特香气受消费者喜爱，其生产依赖高温发酵，但高温窖池发酵的微生物特性及温度影响风味物质的机制尚不明确。因此探究高温窖池发酵特性，明晰微生物群落和代谢物的动态变化规律，对于酱香型白酒的生产至关重要。

2024年12月26日，由江南大学Ying Cao为第一作者，在《Food Bioscience》（IF=4.8）上发表的题为“Microorganisms and metabolic characteristics of temperature-dependent fermentation during Sauce-flavor Baijiu production”的文章，通过小试发酵罐实验、顶空固相微萃取结合气相色谱和质谱、测序及多种统计分析等技术，研究了酱香型白酒高温窖池发酵过程中微生物群落演替、底物消耗和代谢产物生成情况，明确了温度对发酵的重要影响，以及发酵关键微生物的相互作用和关键风味化合物的形成机制，为理解酱香型白酒独特酿造机制提供了参考。

第一章 ：坑发酵后风味物质生产的变化

根据HS-SPME-GC-MS分析的归一化峰面积计算不同样品中每种化合物的相对产量水平。图1A表明坑发酵对风味物质积累具有显著作用。然而，不同风味物质的丰度在机械组（机械坑发酵模式）和传统组（传统坑发酵模式）中增加不同。其中：机械组特征风味物质为酮醛和四甲基吡嗪，酯类数量增加的主要是分子量较大的酯类，如亚油酸乙酯和十六酸乙酯。而在传统组中，酯类增加的主要是分子量相对较低的酯类，如乙酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯。

图1.传统和机械坑发酵后酒醅的基本风味物质分析。

图1.传统和机械坑发酵后酒醅的基本风味物质分析。（A）热图显示了在发酵谷物中检测到的风味化合物。（B、C、D）传统组和机械组发酵谷物中的五种关键风味物质，分别为圆形3（B）、圆形4（C）和圆形5（D）。数据以三个独立重复的平均值±标准差表示。∗P<0.05;∗∗P<0.01;∗∗∗P<0.001。T和M分别代表传统和机械坑发酵。

第二章：传统和机械坑发酵过程中微生物群落的时间连续

采用高通量测序分析两种不同坑发酵模式下发酵谷物中微生物群落的结构。接合酵母属和酵母属是优势真菌属，酒醅中接合酵母属的丰度在第5轮发酵期间最高。乳酸菌属的丰度随着发酵时间增加而增加，在传统组坑式发酵中后期成为优势属，而在机械组坑式发酵中的相对丰度均较小。此外，与传统发酵相比，机械发酵过程中的发酵谷物含有更高的好氧细菌（芽孢杆菌（Bacillus）,海洋杆菌（Oceanobacillus）,无色杆菌（Achromobacter）,热放线菌（Thermoactinomyces））丰度，表明在机械组中含有更高的氧含量。机械组发酵开始时（F0）的魏斯氏菌属（Weissella）和发酵中期（Fm）的醋酸杆菌属（Acetobacter）是该组具有特征性的菌属。

图2.细菌和真菌丰度

图2.细菌和真菌丰度。（A、B）传统组和机械组坑发酵后细菌（A）和真菌（B）属的相对丰度。（C）维恩图显示了不同发酵期后发酵谷物中不同微生物的属水平差异。（D）条形图显示了通过实时定量聚合酶链反应分析确定的乳酸菌生物量的变化。∗P<0.05;∗∗P<0.01;∗∗∗P<0.001。F0表示发酵0天，Fm表示坑发酵的中间阶段（大约15天）。T和M分别代表传统和机械坑发酵。

第三章 ：坑发酵过程中影响风味化合物形成的微生物

分析发酵过程中微生物群与风味化合物产生之间的相关性，计算了Spearman相关系数，并选择了两个标准（系数|r|≥0.4和P<0.05）作为网络中强相关节点的指标。其中优势微生物属与最高的醇和酮含量呈正相关。真菌属的丰度与各种风味物质相关，但大多数呈负相关。酵母菌与乙醇呈正相关，但与各种高级醇（如丙二醇和苯甲醇）呈负相关。细菌仅与少数风味物质呈正相关。热放线菌属（Thermoplayinomyces）和海洋杆菌属（Oceanobacillus）与四甲基吡嗪和乙酮呈正相关。乳酸菌（Lactobacillus）与Dl-2-羟基己酸乙酯呈正相关，但与四甲基吡嗪和乙烯酮呈负相关。

图3.坑发酵过程中微生物群落与风味物质的相关性（r≥0.4;p<0.05）。

图3.坑发酵过程中微生物群落与风味物质的相关性（r≥0.4;p<0.05）。橙色和蓝色线条分别表示正相关和负相关。点的大小表示相对丰度。红点表示高度中心性，蓝色点表示低中心性。

第四章 ：坑发酵过程的动力学和物理化学性质

经过大约15天的坑发酵后，坑发酵的葡萄糖、乳酸和乙醇含量增加（图4A）。而在传统组坑发酵和机械组坑发酵中，它们的含量表现出较大的差异。例如在传统组和机械组中，第五轮Fm（坑发酵的中间阶段）时的机械组乳酸最高。传统组乙醇含量在第三轮最高，机械组的乙醇含量在第五轮最高。此外，在发酵过程中，机械组积累的乙醇比传统组多。

图4.传统和机械坑发酵后酒醅基本代谢物分析。

图4.传统和机械坑发酵后酒醅基本代谢物分析。∗P坑<0.05;∗∗P<0.01;∗∗∗P<0.001。F0坑表示发酵0天，Fm表示坑发酵的中间阶段（大约15天）。T和M分别代表传统和机械坑发酵。

第五章：窖池发酵过程中影响微生物群落组装的物理化学因素

传统组的发酵温度高于机械组（图5A）。传统组发酵谷物的水分含量在第0天和发酵中期高于机械组（图5B）。对于群落结构的组成，温度是主要的影响因素，此外水分、乳酸和乙醇含量也与群落组成高度相关。其中温度与传统发酵组中的大多数微生物呈正相关，但与机械发酵组中的大多数微生物呈负相关，这表明温度在两种发酵模式下选择了不同的群落。

图5.窖池发酵过程中微生物群落结构演替变化的驱动因素

图5.窖池发酵过程中微生物群落结构演替变化的驱动因素。绿点代表真菌，红点代表细∗P<0.05;∗∗P<0.01;∗∗∗P<0.001。T和M分别代表传统组和机械组坑发酵。F0表示发酵0天，Fm表示坑发酵的中间阶段（大约15天）。

第六章：高温对窖池发酵的影响

通过设计不同温度下的小规模发酵实验，以模拟坑发酵并探索温度对坑发酵的影响。结果表明，随着发酵的进行，较高的发酵温度与实验结束时乙醇积累呈负相关。采用GC-MS法测定挥发性风味物质，在不同发酵温度下，酒醅风味物质含量存在差异。每个温度组中几乎所有物质都高于发酵0天的样品，其中38±2°C是酱香型白酒发酵过程中最有利于产生风味物质的温度。

总结

坑发酵是酱香型白酒发酵的重要阶段。通过系统研究了传统组和机械组坑发酵过程中微生物和代谢物的动态变化，以及单因素模拟实验以检查温度的影响。结果共同表明，温度是影响传统组和机械组窖池发酵过程中微生物分布的重要因素。这些差异导致F0和Fm发酵谷物之间挥发性风味化合物的浓度存在显著差异，此外，高温会加速乙醇和乳酸的积累到最大水平，有利于合成各种风味化合物和降低酒精含量，而38℃左右高温发酵适合于酱香型白酒风味的形成。而乳酸杆菌和非酿酒酵母对风味物质形成具有重要影响。后续应重点关注高发酵温度下关键菌种之间的微生物相互作用和关键酱香型化合物的形成机制，为控制风味形成和提高酱香型白酒产品质量铺平道路。