大曲是中國(guó)傳統(tǒng)白酒釀造的核心發(fā)酵劑，被譽(yù)為“酒之骨”，為白酒發(fā)酵提供微生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)底物、糖化酶和發(fā)酵酶，并賦予白酒獨(dú)特的風(fēng)味特征。作為大曲的主要原料之一，小麥在不同香型白酒生產(chǎn)中起著重要作用。在醬香型白酒中，小麥制曲的用種量占全部釀造糧的一半；濃香型白酒中，小麥制曲的用種量也占全部釀造糧的1/3。小麥品質(zhì)特性不僅影響大曲的微生物群落和酶活性，更直接關(guān)系到最終白酒的風(fēng)味和質(zhì)量。小麥品質(zhì)對(duì)大曲品質(zhì)的影響受到廣泛關(guān)注。

大曲中微生物群落和代謝物也是影響大曲質(zhì)量的關(guān)鍵因素，它們共同構(gòu)成了白酒發(fā)酵的“菌系-酶系-物系”復(fù)雜體系。

四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所（四川省種質(zhì)資源中心）的羅江陶、蒲宗君*和四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所（四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食物與營(yíng)養(yǎng)健康研究所）的趙馳等人系統(tǒng)選取12 個(gè)具有典型品質(zhì)差異的小麥品種，通過(guò)整合傳統(tǒng)制曲評(píng)價(jià)體系與現(xiàn)代組學(xué)技術(shù)，采用擴(kuò)增子測(cè)序技術(shù)解析大曲微生物群落結(jié)構(gòu)，采用氣相色譜-質(zhì)譜（GCMS）表征不同來(lái)源大曲的代謝物譜特征，結(jié)合小麥理化指標(biāo)（蛋白質(zhì)組分、淀粉特性、粉碎特性等）與大曲感官質(zhì)量，通過(guò)多組學(xué)關(guān)聯(lián)分析揭示“小麥-微生物-代謝物”的相互關(guān)系，明晰制曲專(zhuān)用小麥的關(guān)鍵品質(zhì)指標(biāo)體系，以期為制曲專(zhuān)用小麥品種選育提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為優(yōu)化大曲發(fā)酵工藝提供理論支撐。

1 小麥各品種籽粒品質(zhì)指標(biāo)及大曲感官評(píng)價(jià)分析

如表1所示，籽粒硬度方面，川麥626（72.60±0.36）和川麥703（73.80±0.36）顯著高于其他品種（

P

＜0.05），川麥701具有最低的硬度（36.03±0.45）。川麥1456的粗蛋白（（11.82±0.14）%）、水分（（13.11±0.03）%）和濕面筋（（32.47±0.30）%）質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于其他品種（

P

＜0.05）。淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的品種是川麥701（（71.77±0.06）%）。沉降值、粉碎度和粉質(zhì)率最高的品種分別為川麥618（（36.80±0.73）mL）、川麥627（（31.43±0.94）%）和川麥701（100.00%）。這些結(jié)果證實(shí)了所選小麥品種間存在品質(zhì)差異，為研究不同品質(zhì)特性對(duì)大曲品質(zhì)的影響提供了理想的材料基礎(chǔ)。尤其是硬度、蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量的顯著變異，為進(jìn)一步分析這些關(guān)鍵參數(shù)與制曲品質(zhì)的關(guān)聯(lián)性提供了有利條件。

如表2所示，川麥701在外觀(guān)（9.10±0.00）、斷面（24.33±3.21）和總分（50.10±4.36）3 個(gè)指標(biāo)上的得分最高。榮麥768在香氣維度表現(xiàn)最佳（17.33±2.31），顯著高于川麥1456（14.00±0.00）和川麥620（14.00±0.00）等品種（

P

＜0.05）。不同小麥品種大曲感官評(píng)價(jià)差異顯著，表明小麥品種對(duì)制曲品質(zhì)起重要作用。

值得注意的是，大曲感官品質(zhì)表現(xiàn)最佳的川麥701和榮麥768均具有較低的硬度（分別為36.03±0.45和43.50±0.56）和中等偏低的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)（分別為（7.96±0.06）%和（9.06±0.08）%），同時(shí)具有較高的粉質(zhì)率（分別為100.00%和95.00%）。鄒鳳亮等研究表明，軟質(zhì)率為75%～85%的小麥品種制曲效果最佳。軟質(zhì)小麥因其細(xì)胞結(jié)構(gòu)較疏松和支鏈淀粉含量較高，更易被大曲微生物群落利用，有利于微生物的生長(zhǎng)和提高其酶系活性。

2 小麥品質(zhì)性狀與大曲感官評(píng)價(jià)的相關(guān)性分析

為深入理解小麥品質(zhì)特性與大曲感官品質(zhì)之間的關(guān)系，對(duì)所有測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行了Pearson相關(guān)性分析。由圖1可知，硬度與外觀(guān)得分（

P

＜0.01）、香氣得分（

P

＜0.05）、斷面得分（

P

＜0.05）和感官評(píng)價(jià)總分（

P

＜0.05）均呈顯著負(fù)相關(guān)。這與馮雨的研究結(jié)果一致，表明較低的籽粒硬度有利于制曲過(guò)程中微生物的侵入和定植，從而形成更優(yōu)質(zhì)的大曲。尤為顯著的是，蛋白質(zhì)含量與所有感官評(píng)價(jià)得分均呈極顯著負(fù)相關(guān)（

P

＜0.01）。這一現(xiàn)象可從2 個(gè)方面解釋?zhuān)阂皇歉叩鞍踪|(zhì)小麥通常具有更致密的胚乳結(jié)構(gòu)，不利于微生物滲透和酶的擴(kuò)散；二是蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的部分氨基酸（如亮氨酸、苯丙氨酸）具有苦味，氨基酸可進(jìn)一步脫氨產(chǎn)生氨、硫化物等揮發(fā)性物質(zhì)，降低感官評(píng)分，過(guò)多的游離氨基酸可能與還原糖過(guò)度反應(yīng)生成焦糖化合物，導(dǎo)致不良風(fēng)味產(chǎn)生。此外，濕面筋含量作為蛋白質(zhì)品質(zhì)的重要指標(biāo)，同樣與外觀(guān)得分（

P

＜0.05）、香氣得分（

P

＜0.01）、斷面得分（

P

＜0.01）和感官評(píng)價(jià)總分（

P

＜0.01）呈顯著負(fù)相關(guān)。因此，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際工藝優(yōu)化平衡蛋白質(zhì)含量。

粉碎度與外觀(guān)得分呈顯著正相關(guān)（

P

＜0.05），這可能是因?yàn)檫m宜的粉碎度增加了小麥表面積，促進(jìn)了水分均勻吸收和微生物的充分接觸，有利于形成外觀(guān)良好的大曲。水分含量與香氣得分呈顯著負(fù)相關(guān)（

P

＜0.05），可能與高水分小麥中淀粉的糊化狀態(tài)有關(guān)，影響發(fā)酵過(guò)程中芳香物質(zhì)的生成。綜上分析，籽粒硬度低于45、蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10.0%、濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于24%的小麥品種可能更適宜于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大曲。

3 微生物群落結(jié)構(gòu)分析

大曲樣品的微生物多樣性分析首先通過(guò)構(gòu)建稀釋曲線(xiàn)評(píng)估測(cè)序深度的充分性。隨著測(cè)序深度的增加，曲線(xiàn)逐漸趨于平穩(wěn)（圖2），Good’s coverage指數(shù)均高于99.5%，表明樣本中大部分物種已被捕獲，且測(cè)序深度足夠。進(jìn)一步對(duì)各大曲樣品中的ASVs進(jìn)行分析，大曲中細(xì)菌ASVs數(shù)量為191～629，真菌ASVs數(shù)量為80～165。Chao1指數(shù)反映微生物的物種豐富度，Shannon指數(shù)反映微生物物種多樣性，所有大曲細(xì)菌的Chao1指數(shù)（138.86～308.66）和Shannon指數(shù)（2.60～4.17）明顯比真菌高（Chao1指數(shù)：34.06～69.11；Shannon指數(shù)：1.21～2.29），表明大曲中細(xì)菌比真菌物種豐富且多樣性高。此外，細(xì)菌Chao1指數(shù)和Shannon指數(shù)最高的品種為川麥703（308.66）和川麥62017（4.17），而真菌則為川麥62017（69.11）和川麥1648（2.29）。

在細(xì)菌門(mén)水平上（圖3a），厚壁菌門(mén)（Firmicutes，相對(duì)豐度29.19%～93.97%）、變形菌門(mén)（Proteobacteria，2.88%～69.78%）、放線(xiàn)菌門(mén)（Actinobacteriota，0.45%～24.80%）和擬桿菌門(mén)（Bacteroidota，0.02%～2.34%）是各品種小麥所制大曲中的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌，但各樣品間存在顯著差異。例如，川麥62017中的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌為變形菌門(mén)，而其他品種則為厚壁菌門(mén)。如圖3c所示，在屬水平上主要優(yōu)勢(shì)菌是明串珠菌屬（

Leuconostoc

，相對(duì)豐度23.21%～81.07%）、泛菌屬（

Pantoea

，0.23%～54.44%）、高溫放線(xiàn)菌屬（

Thermoactinomyces

，0.01%～39.07%）、乳球菌屬（

Lactococcus

，0.77%～11.28%）和糖多孢菌屬（

Saccharopolyspora

，0.18%～18.52%），這與毛文定等研究結(jié)果一致。在真菌門(mén)水平上，優(yōu)勢(shì)真菌為子囊菌門(mén)（Ascomycota），其相對(duì)豐度為95.21%～99.90%（圖3b）。如圖3d所示，在屬水平上優(yōu)勢(shì)菌屬為嗜熱青霉屬（

Thermomyces

）、嗜熱子囊菌屬（

Thermoascus

）、曲霉屬（

Aspergillus

）、扣囊復(fù)膜孢酵母屬（

Saccharomycopsis

）和毛孢子菌屬（

Trichosporon

），這與劉孟華等的研究結(jié)果相似。

4 優(yōu)勢(shì)微生物與大曲感官評(píng)價(jià)的相關(guān)性分析

利用相關(guān)性分析進(jìn)一步揭示優(yōu)勢(shì)微生物與感官評(píng)價(jià)得分之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)（圖4）。在細(xì)菌方面，明串珠菌屬與大曲的外觀(guān)得分、斷面得分及感官評(píng)價(jià)總分均呈顯著負(fù)相關(guān)（

P

＜0.05），與香氣得分呈極顯著負(fù)相關(guān)（

P

＜0.01）；乳球菌屬則與外觀(guān)得分呈顯著負(fù)相關(guān)（

P

＜0.05）。相反，科薩克氏菌屬（

Kosakonia

）與所有感官評(píng)價(jià)得分均呈極顯著正相關(guān)（

P

＜0.01）。在真菌方面，嗜熱青霉屬（

Thermomyces

）與外觀(guān)得分、香氣得分及斷面得分均呈顯著正相關(guān)（

P

＜0.05），與感官評(píng)價(jià)總分呈極顯著正相關(guān)（

P

＜0.01）；扣囊復(fù)膜孢酵母與所有感官評(píng)價(jià)得分均呈顯著正相關(guān)（

P

＜0.05），根霉屬（

Rhizopus

）與外觀(guān)得分、斷面得分及感官評(píng)價(jià)總分呈顯著正相關(guān)（

P

＜0.05），而瓦勒霉屬（

Wallemia

）與斷面得分及感官評(píng)價(jià)總分呈顯著負(fù)相關(guān)（

P

＜0.05）。根黏孢霉屬（

Rhizomucor

）則與外觀(guān)得分呈極顯著正相關(guān)（

P

＜0.01），并與香氣得分、斷面得分及感官評(píng)價(jià)總分均呈顯著正相關(guān)（

P

＜0.05）。其中，根霉屬在大曲中的作用已經(jīng)被廣泛報(bào)道，萬(wàn)營(yíng)東等以奇孢根霉（

Rhizopus azygosporus

）對(duì)濃香型大曲進(jìn)行強(qiáng)化，可顯著改善大曲的理化性質(zhì)，降低淀粉含量，同時(shí)增強(qiáng)其風(fēng)味。

此外，一些籽粒品質(zhì)指標(biāo)也能夠通過(guò)影響大曲微生物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)大曲質(zhì)量產(chǎn)生影響。例如，粉碎度影響曲磚的質(zhì)構(gòu)特性，粉碎過(guò)細(xì)，曲磚過(guò)于緊密，不利于曲磚中需氧微生物生長(zhǎng)。而濕面筋的主要成分是蛋白質(zhì)，其水解后可以為微生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)其獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)曲磚的透氣性，從而影響大曲微生物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致品質(zhì)產(chǎn)生變化。

5 代謝組分析

采用GC-MS技術(shù)對(duì)12 個(gè)不同小麥品種制作的大曲樣品進(jìn)行代謝物分析，結(jié)果圖5所示。從12 個(gè)不同小麥品種制作的大曲樣品中共鑒定出60 種代謝物，按化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能可分為9大類(lèi)：碳水化合物（24 種）、氨基酸（15 種）、脂肪酸（7 種）、其他化合物（5 種）、羧酸（3 種）、

-羥基酸（2 種）、醇類(lèi)（2 種）、

-羥基酸（1 種）和脂肪醇（1 種）。各類(lèi)代謝物的平均相對(duì)含量存在顯著差異，其中碳水化合物類(lèi)（57.26%）和脂肪酸類(lèi)（17.35%）占主導(dǎo)地位，而氨基酸類(lèi)（12.18%）、有機(jī)酸類(lèi)（8.47%）和醇類(lèi)（3.85%）則相對(duì)較低。

在所有鑒定的代謝物中，相對(duì)含量最高的代謝物依次為赤蘚糖醇（78.14±18.53，平均峰面積，后同）、

D

-甘露糖（70.28±31.22）、核糖醇（52.26±12.42）、

D

-甘露醇（43.76±12.06）和

D

-(＋)-阿拉伯糖醇（15.14±4.91）等，表明多元醇類(lèi)和糖類(lèi)物質(zhì)構(gòu)成了大曲代謝物譜的主體框架。不同小麥品種制作的大曲在代謝物組成和含量上存在顯著差異，這種差異可能源于小麥品質(zhì)特性對(duì)微生物群落的選擇性影響。

采用聚類(lèi)分析和PLS-DA模型對(duì)各樣品之間的差異化合物進(jìn)行篩選，結(jié)果如圖6所示。各小麥品種的大曲代謝物譜表現(xiàn)出明顯的品種特異性，12 個(gè)樣品被分為3 個(gè)主要類(lèi)群：第1類(lèi)包括川麥701、川麥768和川麥627，這些小麥品種均具有較低的硬度和蛋白質(zhì)含量；第2類(lèi)包括川麥618、川麥1456和川麥614，這些品種具有中等水平的品質(zhì)特性；第3類(lèi)包括川麥626、川麥1648等其余品種，主要特征是較高的硬度或蛋白質(zhì)含量。

為進(jìn)一步識(shí)別能夠區(qū)分不同小麥品種大曲的標(biāo)志性代謝物，應(yīng)用PLS-DA方法。PLS-DA模型的

Q

2 為0.68， 為0.83，表明模型具有良好的擬合性和預(yù)測(cè)能力。以變量投影重要性（VIP）＞1.3和

P

＜0.05為雙重篩選標(biāo)準(zhǔn)，鑒定出15 種差異顯著的代謝物，主要包括木糖醇、甘油酸、

D

-葡萄糖、

L

-蘇醇、半乳糖吡喃糖、2-丁烯二酸、尿酸、亞油酸、丁二酸、檸檬酸、棕櫚酸、13-十八烯酸、蘋(píng)果酸、甘油苷和

D

-乳糖。這些代謝物可作為區(qū)分不同小麥品種所制大曲的潛在生物標(biāo)志物。

為揭示代謝物組成與大曲感官品質(zhì)之間的關(guān)系，對(duì)篩選出的主要差異代謝物與感官評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析。如圖7所示，多種代謝物與大曲感官品質(zhì)存在顯著相關(guān)性。木糖醇與香氣得分、斷面得分及感官評(píng)價(jià)總分均呈顯著負(fù)相關(guān)（

P

＜0.05）。木糖醇是戊糖代謝的中間產(chǎn)物，通常由大曲中的微生物如嗜熱曲霉和扣囊復(fù)膜孢酵母通過(guò)戊糖磷酸途徑產(chǎn)生。本研究中木糖醇與感官品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)，這可能歸因于木糖醇積累反映了戊糖利用率低下，即微生物對(duì)戊糖類(lèi)底物的代謝能力不足，導(dǎo)致中間產(chǎn)物積累而非轉(zhuǎn)化為有益的風(fēng)味前體物質(zhì)。甘油酸、檸檬酸與外觀(guān)得分呈顯著負(fù)相關(guān)（

P

＜0.05），亞油酸與斷面得分呈顯著負(fù)相關(guān)（

P

＜0.05），丁二酸與斷面得分及感官評(píng)價(jià)總分之間也呈顯著負(fù)相關(guān)（

P

＜0.05）。這些有機(jī)酸與大曲感官品質(zhì)的負(fù)相關(guān)性可能源于它們對(duì)大曲pH值的影響。高濃度有機(jī)酸能降低大曲pH值，而適宜的酸堿環(huán)境是大曲中影響功能性微生物（如嗜熱真菌）生長(zhǎng)和酶促作用的關(guān)鍵條件。

為深入探究大曲中代謝物之間的相互關(guān)系及其與微生物群落的聯(lián)系，基于鑒定的60 種代謝物與10 種優(yōu)勢(shì)微生物進(jìn)行了相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)分析。由圖8可知，大曲代謝物與微生物之間存在顯著而復(fù)雜的關(guān)聯(lián)模式。

Thermomyces

與多種碳水化合物類(lèi)代謝物呈顯著正相關(guān)，包括

D

-果糖、

D

-異果糖和麥芽糖等。此外，

Thermomyces

與赤蘚糖醇和木糖醇等多元醇類(lèi)物質(zhì)也呈正相關(guān)，表明該菌株在大曲中發(fā)揮重要的碳水化合物代謝功能。

Thermoascus

則主要與有機(jī)酸類(lèi)代謝物呈顯著負(fù)相關(guān)，如蘋(píng)果酸（

r

＝-0.412，

P

＜0.05）和棕櫚酸（

r

＝-0.495，

P

＜0.01）。這種相關(guān)模式差異表明，盡管這2 種嗜熱真菌在大曲高溫階段同時(shí)生長(zhǎng)，但它們可能在碳代謝網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)不同生態(tài)位，協(xié)同影響大曲風(fēng)味形成。

Saccharomycopsis

與數(shù)種糖醇類(lèi)化合物呈顯著正相關(guān)，如赤蘚糖醇、

D

-(＋)-半乳糖和

D

-(＋)-塔洛糖，這是因?yàn)樵摻湍妇哂休^強(qiáng)分泌糖化酶的能力。有趣的是，

Leuconostoc

與多種代謝物呈顯著負(fù)相關(guān)，特別是與

L

-異亮氨酸、

L

-酪氨酸、甘油苷和

D

-(＋)-塔洛糖等物質(zhì)。這種廣泛的負(fù)相關(guān)性支持了前人研究中明串珠菌屬與大曲感官品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)的觀(guān)察結(jié)果，進(jìn)一步說(shuō)明該菌群可能通過(guò)干擾正常代謝網(wǎng)絡(luò)而影響大曲品質(zhì)。

結(jié) 論

本研究對(duì)12 種不同小麥品種的品質(zhì)性狀、制曲品質(zhì)、大曲中微生物群落結(jié)構(gòu)及代謝物進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)果表明低籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量的小麥品種更適宜于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大曲。微生物分析結(jié)果表明，相較于細(xì)菌，真菌對(duì)大曲品質(zhì)可能具有更大的貢獻(xiàn)。此外，木糖醇、甘油酸、

L

-蘇醇、亞油酸、丁二酸和檸檬酸對(duì)大曲的品質(zhì)具有潛在的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)這些化合物也是區(qū)分不同品種小麥所制大曲的潛在生物標(biāo)志物。綜上所述，本研究綜合小麥品質(zhì)特性、微生物群落和代謝物分析結(jié)果，提出一個(gè)“小麥品質(zhì)-微生物群落-代謝產(chǎn)物-大曲品質(zhì)”的關(guān)聯(lián)模型。在此模型中，低硬度、低蛋白質(zhì)含量的小麥品種首先通過(guò)影響物理結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)環(huán)境選擇性促進(jìn)嗜熱青霉屬等功能性真菌的生長(zhǎng)，抑制明串珠菌屬等不利微生物的繁殖；隨后，這些功能性真菌通過(guò)特定的代謝途徑產(chǎn)生多元醇類(lèi)、糖類(lèi)等有益代謝物，同時(shí)減少有機(jī)酸等不利代謝物的積累，最終形成品質(zhì)優(yōu)良的大曲。研究結(jié)果可為制曲專(zhuān)用小麥新品種選育和優(yōu)質(zhì)大曲發(fā)酵提供理論參考。

本文《小麥品種對(duì)濃香型大曲品質(zhì)、微生物群落及代謝產(chǎn)物的影響》來(lái)源于《食品科學(xué)》2025年46卷第20期133-141頁(yè)，作者：羅江陶，趙馳，湯奧星，張鳳菊，杜禹鋒，李治華，蒲宗君*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250417-138。點(diǎn)擊下方 閱讀原文 即可查看文章相關(guān)信息。

實(shí)習(xí)編輯：普怡然 ；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來(lái)源于文章原文及攝圖網(wǎng)。