酱香型白酒依赖复杂微生物群落，酱香型白酒的八次发酵过程需要大量微生物参与。多次发酵中乳酸菌积累乳酸（>40 g/kg），导致环境酸度过高，抑制产酯酵母活性并破坏群落稳定性，并且影响酯类、吡嗪类风味物质合成。现有的研究虽发现部分酵母可降解乳酸，但乳酸调控群落组装机制（随机/确定性过程）、互作网络及代谢功能的系统性解析存在不足。

通过单接种和共接种乳酸降解菌株降低酱香型白酒发酵过程中的乳酸水平，采用基于Illumina平台的高通量测序技术、非靶向代谢组学和生态网络分析，结合主坐标分析和正交偏最小二乘判别分析，探讨了乳酸对微生物群落稳定性、关键物种互作及代谢功能的影响，并阐明了微生物群落与挥发性风味物质的关联。研究发现，降低乳酸含量显著提升了微生物网络的模块性和正相关互作比例，并促进了关键物种在维持网络稳定性中的作用。揭示乳酸作为环境胁迫因子通过随机与确定性过程共同塑造微生物群落的机制，为优化酱香型白酒发酵工艺、提升风味品质提供了理论依据和技术策略。

第一章 乳酸胁迫下两株酵母菌的生长与代谢特性

在含40 g/L乳酸的环境下，两种酵母菌表现出显著的乳酸降解能力。其中，P. kudriavzevii（PK）在发酵末期降解乳酸达10.66±0.45 g/L，而Z. bailii（ZB）降解量为5.88±0.66 g/L。乳酸胁迫对两种菌株的初期生长（OD600值）产生抑制作用，但对乙醇产量无显著影响。此外，在乳酸存在时，两种菌株合成的挥发性化合物（如乙酸乙酯、苯乙醇和异戊醇）含量显著增加，表明乳酸胁迫可能通过激活代谢通路增强其风味物质合成能力。

图1.在添加和不添加40 g/L乳酸的条件下，Pichia kudriavzevii（PK）和Zygosaccharomyces bailii（ZB）的生长和代谢特性。

二、酱香型白酒发酵过程中挥发性化合物及关键参数的变化

通过接种乳酸降解菌株，发酵体系中乳酸含量显著降低，同时乙醇含量显著提升。共接种组（PK+ZB）在窖池发酵末期乙醇含量高达35.12±0.75 g/kg。挥发性化合物分析显示，接种组总酯类、醇类和芳香类物质含量显著高于对照组，其中乙酸乙酯（梨香）和苯乙醇（玫瑰香）含量增幅最大，分别从9.36±2.47 mg/kg提升至13.63±0.88 mg/kg和30.70±1.60 mg/kg。此外，吡嗪类化合物（如2-乙基-6-甲基吡嗪）含量增加，赋予白酒烘烤香气。乳酸降低通过减少乙基乳酸生成，间接优化了风味特征。

图2.白酒发酵过程中对照组和接种组的差异性挥发性化合物以及发酵参数情况。

三、不同发酵阶段微生物群落结构与多样性

高通量测序显示，堆发酵阶段细菌群以Kroppensedtia、Oceanobacillus和Bacillus为主，窖池发酵阶段则以Lactobacillus为主导；真菌群在堆发酵阶段以Pichia和Zygosaccharomyces为主（PK+ZB组占70.1±19.5%），窖池阶段转为Leiothecium和Aspergillus。接种乳酸降解菌显著降低了窖池发酵末期细菌群落的Shannon多样性指数，但真菌多样性在堆发酵阶段因共接种而降低。群落结构的时空分异表明，乳酸调控通过改变优势菌群，如Lactobacillus丰度增加，从而影响代谢功能。

图3.白酒发酵过程中微生物结构和多样性。

四、微生物互作网络及其稳定性

生态网络分析显示，接种组的网络模块性显著高于对照组，表明乳酸降低增强了微生物群落的模块化协作。共接种组（PK+ZB）的网络复杂度最高，且正相关互作比例提升至59.8%。关键物种（如Bacillus和Aspergillus）通过高连接度（Zi>2.5）维持网络稳定性。此外，60%的关键物种同时为优势菌或生物标志物，说明资源竞争和代谢产物分泌是驱动群落组装的核心机制。

图4.ZP图，基于模块化拓扑结构角色的OTU 的分布情况。

五、代谢功能与风味物质关联分析

非靶向代谢组学（UHPLC-Q-TOF-MS）结合KEGG通路富集表明，乳酸降低通过增强氨基酸代谢、TCA循环和核苷酸代谢，促进了乙醇和酯类合成。差异代谢物（如甲基十六烷酸酯）与高温放线菌（Thermoactinomyces）的脂酶活性相关。此外，乳酸调控通过亚油酸代谢途径影响吡嗪类物质的生成，例如PK+ZB组中2,6-二乙基吡嗪含量从0.09 mg/kg增至0.20 mg/kg。这些代谢通路的协同作用解释了接种组风味品质提升的分子机制。

图5.生态网络的拓扑指标与其发酵性能之间的关系。

六、重要类群与挥发性化合物的关联

通过Spearman相关性分析（|r|>0.7, P<0.05），发现Thermoactinomyces与酯类物质（如甲基十六烷酸酯）呈显著正相关，而Acetobacter与吡嗪类合成相关。共接种组中，21种关键物种（如Leiothecium）通过正向互作促进风味物质积累，而乳酸降低减少了酸类物质的生成（如乙基乳酸）。这些结果表明，乳酸通过调控关键物种的代谢功能塑造了白酒的风味特征。

图6.与对照组和接种组之间差异显著的代谢物所对应的代谢途径。

总结

本研究通过单接种和共接种乳酸降解酵母菌株。探究了降低乳酸对酱香型白酒发酵过程中微生物群落稳定性及功能的影响。研究发现，接种菌株显著降低了乳酸含量，并提高了乙醇及酯类、醇类和吡嗪类风味物质的合成能力。生态网络分析表明，乳酸减少增强了微生物群落的模块性和正相关互作比例，同时关键物种通过高连接度维持网络稳定性。代谢通路分析显示，氨基酸代谢、TCA循环和核苷酸代谢是驱动群落功能优化的核心途径。该研究揭示了乳酸通过调控微生物互作和代谢功能影响白酒风味的机制，为优化发酵工艺、提升白酒品质提供了理论依据和技术策略。