高粱是浓香白酒酿造的主要原料，分为糯性和非糯性两类，传统认为糯高粱酿造的白酒品质更优，但具体的优势机制尚未明确。酒醅作为发酵过程中的核心物质，在微生物作用下产生白酒的主要风味成分，但以往的研究多集中于挥发性化合物，对非挥发性代谢物的认识仍存在不足。近年来，非靶向代谢组学技术和分子网络技术的发展为系统研究这些复杂代谢物提供了新工具。

2024年7月9日，由西华大学Yulan Li为第一作者，在《Food Chemistry:X》（IF=6.5）上发表的题为“Identifying distinct markers in two Sorghum varieties for baijiu fermentation using untargeted metabolomics and molecular network approaches”的文章，该研究整合非靶向代谢组学和分子网络技术全面解析不同高粱品种酒醅中的非挥发性代谢物的特征，揭示高粱品种与白酒风味形成的关联机制，从而为高品质白酒的生产工艺优化提供理论依据。该研究不仅填补了非挥发性代谢物研究的空白，也为深入理解白酒风味形成基础开辟了新途径。

一、鞘脂分子家族的注释

鞘脂类具有高度复杂的结构特征，主要由三部分组成：鞘氨醇骨架、羧酸烷基链和极性功能基团组成。研究展示了酒醅中所有已鉴定的鞘脂类化合物，并重点分析了两个典型代表：鞘氨醇和植物鞘氨醇。

图1.通过MS2光谱法测定脂质的分子家族和结构推导

图1.通过MS2光谱法测定脂质的分子家族和结构推导。（A）脂质的分子家族。（B）鞘氨醇。（C）植物鞘氨醇。红色表示糯高粱，绿色表示非糯性高粱。

二、肽分子家族的注释

通过分子网络技术在酒醅中鉴定出多类特征性肽类物质，重点解析了2,5-二酮哌嗪（DKPs）这类由两个α-氨基酸缩合形成的环二肽。发现不仅验证了DKPs在酒醅中的存在，其特有的裂解规律为后续未知肽类鉴定提供了重要参考，同时揭示了脯氨酸衍生肽对白酒苦味特征的潜在贡献。

图2.通过MS2光谱法测定肽的分子家族和结构推导。

图2.通过MS2光谱法测定肽的分子家族和结构推导。（A）肽的分子家族。（B）环（亮氨酰脯氨酰）。（C）环（环状二肽）。（D）环（二肽化合物）。（E）抑二肽素A。

三、类黄酮分子家族的注释

通过质谱分析解析了典型的黄酮类物质及其质谱裂解规律。研究通过RDA反应特征碎片、保留时间与ClogP值的协同分析，建立了酒醅中黄酮类化合物的可靠鉴定方法，为解析黄酮类物质对白酒风味的影响提供了基础数据。

图3.通过MS2光谱法测定类黄酮的分子家族和结构推导。

图3.通过MS2光谱法测定类黄酮的分子家族和结构推导。（A）类黄酮的分子家族。（B）柚皮素。（C）芹菜素。（D）木犀草素。（E）（S）-2-（3,4-二羟基苯基）-2,3-二氢-5,7-二羟基-4-苯并吡喃。（F）三粒小麦黄铜。（G）高北美圣草素。

四、数据库中不存在的鞘脂推断

基于分子网络技术，通过已知鞘脂类化合物的结构和同家族化合物特征性裂解规律，推断酒醅中3种未被GNPS数据库收录的新型鞘脂结构。拓展了酒醅中鞘脂类物质的认知边界，同时为利用质谱裂解规律鉴定未知脂质分子提供了方法学参考。

图4.（A）数据库中不存在的脂质推断。（B）4-羟基鞘氨醇。（C）(2S,3R)-2-Aminononadecane-1,3-diol。（D）鞘氨醇。

五、多元统计分析

研究共鉴定出101种VIP值大于1的差异代谢物，涵盖脂类（26种）、肽类（23种）、黄酮类（13种）等14个化学类别。其中，糯高粱酒醅中15种脂质化合物（包括多种磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺）含量显著高于非糯高粱，而非糯高粱在植物鞘氨醇、鞘氨醇等11种脂质及苦味环肽类物质上具有优势。这些代谢差异为阐释不同高粱原料酿造白酒的风味特征差异提供了分子层面的解释依据，表明糯高粱可能通过富集特定代谢物来赋予白酒更优异的风味品质。

图5.两种高粱品种（VIP > 1）的糟醅中检测到的差异非挥发性化合物的可视化。

六、富集分析和KEGG通路分析

通过KEGG通路分析深入揭示了两种高粱酒醅的代谢差异机制。以酵母菌株为参考，研究发现了16条显著富集的代谢通路，这些通路涉及鞘脂代谢、氨基酸生物合成（包括精氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等）、辅酶Q及其他萜醌合成、甘氨酸-丝氨酸-苏氨酸代谢、半胱氨酸-甲硫氨酸代谢等多个关键代谢网络。这些差异通路不仅解释了糯性与非糯性高粱酒醅中特征代谢物（如鞘脂类、2,5-二酮哌嗪等）的产生机制，更为理解高粱品种通过调控微生物代谢网络影响白酒风味形成的分子基础提供了重要线索。特别是氨基酸代谢与鞘脂代谢通路的显著差异，可能直接决定了最终酒体风味物质的组成特征。

图6.（A）描述关键代谢途径的KEGG通路分析。（B）糟醅的代谢途径示意图。

总结

研究采用基于特征的分子网络（FBMN）技术，在白酒发酵领域取得突破性发现。通过这种数据驱动的方法，首次在酒醅中成功注释了267种未知代谢物，系统揭示了鞘脂类、2,5-二酮哌嗪和甲硫氨酸衍生物等关键风味物质在糯高粱中的特异性富集现象，为阐释糯高粱提升白酒风味的生化机制提供了全新视角。研究不仅建立了高粱品种与酒体风味特征的分子关联，更凸显了代谢组学在传统发酵食品研究中的巨大价值。为白酒生产的精准质量控制提供了理论依据，通过调控关键代谢通路可实现风味品质的定向提升。