濃香型白酒作為中國(guó)固態(tài)發(fā)酵白酒三大基本香型之一，是以高粱、小麥等谷物為原料，采用“濃香大曲”作為糖化發(fā)酵劑，在泥窖中進(jìn)行45 d以上固態(tài)厭氧發(fā)酵，通過蒸餾、陳釀等工藝制成的中國(guó)傳統(tǒng)蒸餾酒。其酒體風(fēng)味以己酸乙酯為主，乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯等芳香化合物為輔，風(fēng)味特征體現(xiàn)為“醇香濃郁，回味悠長(zhǎng)，清冽甘爽，飲后尤香”。酒醅是指在白酒釀造過程中，由糧食、大曲、水等原料混合后，在泥窖中進(jìn)行微生物厭氧發(fā)酵的發(fā)酵物料。酒醅在白酒釀造中起著承上啟下的作用，是微生物進(jìn)行代謝活動(dòng)、糖化、發(fā)酵等關(guān)鍵過程的主要場(chǎng)所。

在濃香型白酒的釀造過程中，酵母菌是一類不可或缺的重要微生物，它們通過代謝活動(dòng)產(chǎn)生乙醇、酯類、酸類等風(fēng)味物質(zhì)，對(duì)白酒的香氣和口感起著關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，基于26S rDNA測(cè)序技術(shù)，You Ling等揭示了濃香型白酒酒醅中存在高度多樣化的酵母群落，其中Kazachstania exigua、Geotrichum silvicola和Pichia kudriavzevii等被鑒定為產(chǎn)乙醇和高級(jí)醇的主要菌種。此外，高級(jí)醇的生成還受到酒醅中溶解氧水平的影響，體現(xiàn)了環(huán)境因子對(duì)微生物發(fā)酵產(chǎn)物的重要調(diào)控作用。Dong Weiwei等通過對(duì)酒醅強(qiáng)化接種3 種優(yōu)勢(shì)酵母（Saccharomyces cerevisiae、P. kudriavzevii和K. bulderi）的研究表明，S. cerevisiae具有較強(qiáng)的乙醇和乙酯生產(chǎn)能力，而P. kudriavzevii則表現(xiàn)出較高的乙酸乙酯生成能力；相比之下，K. bulderi在乳酸生產(chǎn)方面更具優(yōu)勢(shì)，其通過調(diào)節(jié)S. cerevisiae和P. kudriavzevii之間的酵母群落能提高己酸乙酯的產(chǎn)量并降低乙酸乙酯和高級(jí)醇的水平。此外，彭遠(yuǎn)鳳等的研究表明，強(qiáng)化接種Issatchenkia orientalis能夠顯著提高酒醅中異丙醇、異戊醇、異丁醇等揮發(fā)性醇類風(fēng)味物質(zhì)的含量，同時(shí)增強(qiáng)酒醅微生物網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和緊密性。王雙慧等的研究表明，強(qiáng)化接種S. cerevisiae使酒醅中的微生物群落生態(tài)位寬度降低、特化種類群含量升高、微生物群落共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性增加，相比較普通酒醅，接種酵母菌后的強(qiáng)化酒醅微生物群落的演替更受確定性過程調(diào)控。Liu Huanming等通過使用疊氮溴化丙錠-定量聚合酶鏈反應(yīng)聯(lián)合高通量測(cè)序技術(shù)確認(rèn)了Saccharomyces、Kazachstania、Naumovozyma和Trichosporon等酵母屬為酒醅中的主要活性菌群。He Guiqiang等指出，酒醅中酵母菌（如Candida）與乳酸菌（如Lactobacillus）的協(xié)同作用可顯著提升酒醅中乳酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯和辛酸乙酯等酯類物質(zhì)的產(chǎn)量，從而賦予白酒更強(qiáng)的果香味和花香味。目前，關(guān)于濃香型白酒酒醅發(fā)酵過程中酵母菌的研究主要集中在酵母菌的多樣性、功能性及對(duì)酒醅強(qiáng)化接種酵母菌的調(diào)控與優(yōu)化方面。然而，對(duì)于酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群演替規(guī)律的理解仍然較為有限。同時(shí)，酒醅中酵母菌群演替的驅(qū)動(dòng)機(jī)制（生物和非生物因素）與整體功能方向尚不清晰。

四川輕化工大學(xué)食品與釀酒工程學(xué)院的文悅、張宿義*，瀘州老窖股份有限公司（國(guó)家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心）的宋攀等通過對(duì)濃香型白酒酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群的演替機(jī)理及代謝特性的深入研究，旨在深入探究以下3 個(gè)方面的內(nèi)容：1）明晰酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群的重要性及演替規(guī)律；2）解析酒醅發(fā)酵過程中生物學(xué)因素（微生物相互作用）與非生物學(xué)因素（環(huán)境條件）對(duì)酵母菌群演替的驅(qū)動(dòng)作用；3）探明酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群的代謝譜。本研究期望通過上述探索，能夠?yàn)閮?yōu)化濃香型白酒酒醅的發(fā)酵工藝與產(chǎn)品品質(zhì)的提高提供科學(xué)依據(jù)。

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酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群的演替規(guī)律

1.1 酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群的豐度占比

通過擴(kuò)增子測(cè)序?qū)庀阈桶拙凭契⑸锶郝鋵偎降南鄬?duì)豐度進(jìn)行分析，對(duì)所有樣本中的微生物豐度求均值并將豐度占比小于0.1%的各物種屬類歸為其他。結(jié)果顯示（圖1a），酒醅中相對(duì)豐度大于0.1%的優(yōu)勢(shì)微生物共有23 種，主要為Kazachstania、Lactobacillus、Thermomyces、Thermoactinomyces、Saccharomyces、Bacillus、Pichia、Kroppenstedtia、Weissella、Saccharopolyspora等。其中，多數(shù)優(yōu)勢(shì)真菌屬屬于酵母菌類群。在酒醅發(fā)酵第0～12天，微生物群落多樣性較高，Thermomyces、Thermoactinomyces、Bacillus、Kroppenstedtia、Weissella、Saccharopolyspora、Saccharomycopsis、Acetobacter、Kazachstania、Saccharomyces、Pichia等為該階段的優(yōu)勢(shì)微生物。然而，在酒醅發(fā)酵第12天以后，大部分細(xì)菌屬相對(duì)豐度急速下降，如Thermomyces、Bacillus、Kroppenstedtia、Weissella、Saccharopolyspora、Saccharomycopsis、Acetobacter等，與此同時(shí)，Lactobacillus的相對(duì)豐度則快速上升，在酒醅發(fā)酵第12天時(shí)，其相對(duì)豐度僅為6.30%，但在酒醅發(fā)酵第15天便升至31.49%。隨后，其相對(duì)豐度繼續(xù)升高，在酒醅發(fā)酵第40天時(shí)相對(duì)豐度達(dá)到最高61.28%。而Saccharomyces、Pichia等真菌屬在酒醅發(fā)酵前期和中期的相對(duì)豐度變化較小，但在發(fā)酵后期相對(duì)豐度幾乎可以忽略不計(jì)。此外，Kazachstania的相對(duì)豐度在酒醅發(fā)酵第0～12天呈現(xiàn)顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，從低于0.1%上升到39.17%。在酒醅發(fā)酵第15天時(shí)，其相對(duì)豐度進(jìn)一步增加至40.52%，并在后續(xù)發(fā)酵過程中始終保持在30%以上，尤其在發(fā)酵第30天時(shí)相對(duì)豐度達(dá)到了最高52.16%。因此，Lactobacillus、Kazachstania微生物為酒醅發(fā)酵中后期的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)微生物，這與以往關(guān)于濃香型白酒酒醅微生物群落研究的結(jié)果相符。進(jìn)一步分析顯示（圖1b），酵母菌群在酒醅整個(gè)發(fā)酵過程中占總微生物群落相對(duì)豐度的43.24%（酵母菌群在酒醅發(fā)酵過程中的平均相對(duì)豐度/所有微生物的平均相對(duì)豐度之和）。

1.2 酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群的組成結(jié)構(gòu)

在濃香型白酒酒醅的發(fā)酵過程中，共發(fā)現(xiàn)49 種酵母菌，主要為Kazachstania、Saccharomyces、Pichia、Saccharomycopsis、Debaryomyces、Trichosporon、Wickerhamomyces、Diutina、Kodamaea、Candida等。從分類學(xué)角度來看，這49 種酵母菌中，有35 種屬于Ascomycota菌門下的Saccharomycetales綱，而其余大部分酵母菌則歸屬于Basidiomycota菌門下的其他綱，如Chaetothyriales綱、Trichosporonales綱和Tremellales綱（圖2a）。進(jìn)一步分析表明，來自Saccharomycetales綱的酵母菌相對(duì)豐度占酒醅總酵母菌群的99.81%（圖2b），這表明Ascomycota菌門下的Saccharomycetales綱是酒醅酵母菌群的主要來源。

在酒醅發(fā)酵的初始階段（第0天），Saccharomycopsis是酒醅酵母菌群中的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)菌種，其相對(duì)豐度高達(dá)95.63%。然而，隨著酒醅發(fā)酵的進(jìn)行，其相對(duì)豐度迅速下降，在發(fā)酵結(jié)束時(shí)僅占總酵母菌群的2.16%。在酒醅發(fā)酵第3～30天，Saccharomyces、Pichia是酒醅內(nèi)的優(yōu)勢(shì)酵母屬之一，兩者的相對(duì)豐度分別維持在4.60%～21.26%和2.65%～27.19%之間。而Kazachstania在酒醅發(fā)酵第3天時(shí)的相對(duì)豐度就已經(jīng)達(dá)到49.73%，并且隨著酒醅的發(fā)酵，其相對(duì)豐度逐步攀升。至酒醅結(jié)束發(fā)酵時(shí)，其在總酵母菌群中的相對(duì)豐度已飆升至97.15%（圖2c）。因此，Kazachstania為酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群的標(biāo)志性微生物。

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酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群演替的非生物驅(qū)動(dòng)因子

2.1 酒醅發(fā)酵過程中理化因子的變化規(guī)律

酒醅發(fā)酵是濃香型白酒釀造的核心環(huán)節(jié)，其理化因子的動(dòng)態(tài)變化決定了微生物群落的演替、代謝路徑以及最終基酒的質(zhì)量和產(chǎn)量。其中，淀粉作為發(fā)酵的“物質(zhì)基礎(chǔ)”，其降解效率直接關(guān)系到出酒率以及風(fēng)味前體物質(zhì)的供給。如圖3a所示，在酒醅整個(gè)發(fā)酵過程中，淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)從初始階段的28.64%逐步降低至結(jié)束發(fā)酵時(shí)的14.69%，累計(jì)降解率達(dá)48.71%。特別是在酒醅發(fā)酵的前12 d，淀粉進(jìn)入快速降解期，由最初的28.64%下降至20.62%；隨后，淀粉的降解速度逐漸放緩，但依然持續(xù)進(jìn)行，直至發(fā)酵結(jié)束。還原糖作為微生物的主要碳源，其變化反映了糖化與發(fā)酵過程的協(xié)調(diào)程度。酒醅發(fā)酵初期（第0天），還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為2.51%，在第3天迅速攀升至4.91%；隨后因糖分被微生物群落消耗，還原糖含量驟然下降，在第12天降至2.41%，并于發(fā)酵結(jié)束時(shí)減少至0.48%。酸度作為酒醅發(fā)酵過程中的“調(diào)節(jié)閥”，對(duì)酶活性、微生物平衡以及風(fēng)味物質(zhì)的形成具有重要影響。如圖3b所示，酒醅發(fā)酵第0天時(shí)，酸度為1.80 mmol/10 g，隨著酒醅發(fā)酵的進(jìn)行，酒醅酸度緩慢增長(zhǎng)，至第30天達(dá)到2.54 mmol/10 g；此后酸度加速升高，在第40天增至3.32 mmol/10 g，并最終在酒醅發(fā)酵結(jié)束時(shí)上升至3.61 mmol/10 g。水分作為微生物代謝的介質(zhì)，其含量不僅影響傳質(zhì)效率，還與窖池氣密性和溫度穩(wěn)定性密切相關(guān)。在酒醅發(fā)酵第0～9天，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)從57.30%快速升至62.10%，后續(xù)則以較緩的速度增長(zhǎng)，最終在酒醅結(jié)束發(fā)酵時(shí)達(dá)到65.13%。溫度是衡量發(fā)酵狀態(tài)的重要指標(biāo)之一，合理調(diào)控溫度對(duì)于確保白酒品質(zhì)尤為關(guān)鍵。如圖3c所示，在酒醅發(fā)酵第0～12天，發(fā)酵溫度從19.5 ℃迅速提升至32.3 ℃；之后溫度雖有小幅波動(dòng)，但整體保持平穩(wěn)，第20天時(shí)溫度達(dá)到最高值33.0 ℃，體現(xiàn)了濃香型白酒發(fā)酵過程中的“中挺”規(guī)律；此后溫度逐漸回落，發(fā)酵結(jié)束時(shí)降至21.0 ℃。乙醇體積分?jǐn)?shù)既是酒醅發(fā)酵的目標(biāo)，又是酒醅發(fā)酵的“終止信號(hào)”。酒醅的初始乙醇體積分?jǐn)?shù)為1.32%，隨著酒醅的發(fā)酵，乙醇體積分?jǐn)?shù)持續(xù)升高，在酒醅發(fā)酵的第50天達(dá)到峰值7.20%；隨后由于代謝平衡調(diào)整（醇與酸結(jié)合生成酯），乙醇體積分?jǐn)?shù)有所回落，在發(fā)酵結(jié)束時(shí)穩(wěn)定在5.50%。

2.2 酒醅發(fā)酵過程中理化因子對(duì)酵母菌群演替的影響

為了探明酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群演替的非生物驅(qū)動(dòng)因子，將酵母菌群與6 種理化因子進(jìn)行Mantel tests相關(guān)性分析。結(jié)果顯示（圖4），酵母菌群與水分含量、乙醇體積分?jǐn)?shù)、淀粉含量以及溫度之間表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.001）。因此，水分、乙醇體積分?jǐn)?shù)、淀粉與溫度是酵母菌群演替的主要非生物驅(qū)動(dòng)力。

水分能調(diào)控酒醅中微生物群落的結(jié)構(gòu)與代謝通量。水分含量增加（如初始含水率＞50%）能顯著加速Lactobacillus生長(zhǎng)，形成以Lactobacillus為主導(dǎo)的微生物群落。與此同時(shí)，高水分環(huán)境還能增強(qiáng)微生物互作網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，促進(jìn)Lactobacillus、Pediococcus等與水分呈正相關(guān)的菌群進(jìn)行協(xié)同代謝；在代謝產(chǎn)物方面，高水分能夠促使揮發(fā)性物質(zhì)的總量增加，特別是酸類物質(zhì)（如丙酸、丁酸）和醇類物質(zhì)（如2-丁醇）。乙醇能抑制酵母菌活性并篩選耐受菌株。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)大于3%時(shí)，酵母的生長(zhǎng)速率會(huì)顯著下降；而當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)大于7%時(shí)，多數(shù)非耐受酵母會(huì)被淘汰。此外，乙醇及其同系物（比如異戊醇）能夠誘導(dǎo)酵母絲狀生長(zhǎng)，改變細(xì)胞膜的流動(dòng)性，進(jìn)而影響代謝酶的活性。淀粉降解所產(chǎn)生的還原糖是酵母生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。在發(fā)酵初期（1～3 d），淀粉會(huì)被迅速消耗（還原糖同步減少），此時(shí)酵母活性達(dá)到峰值；而在發(fā)酵后期，由于淀粉枯竭，酵母會(huì)逐漸衰亡。同時(shí)，淀粉與乙醇之間存在拮抗效應(yīng)，即當(dāng)?shù)矸鄢渥銜r(shí)，酵母耐受乙醇的能力會(huì)增強(qiáng)；而當(dāng)?shù)矸酆谋M后，高乙醇體積分?jǐn)?shù)環(huán)境會(huì)加速大部分酵母的衰亡。Liu Xiaogang等通過冗余分析發(fā)現(xiàn)，淀粉含量是影響真菌群落演替的最大因素（解釋方差＞30%），對(duì)Kazachstania、Saccharomyces等屬的豐度變化有著顯著影響。溫度通常調(diào)節(jié)酵母菌群的生長(zhǎng)速率與代謝途徑。酵母在25～30 ℃生長(zhǎng)最快（如S. cerevisiae在30 ℃時(shí)3 d內(nèi)占比達(dá)90%），而低溫（10～20 ℃）則會(huì)顯著延遲發(fā)酵啟動(dòng)。酵母菌的細(xì)胞膜對(duì)溫度變化具有適應(yīng)性調(diào)節(jié)能力，在高溫（35 ℃）時(shí)，能夠增加磷脂酰肌醇的含量，以維持膜的流動(dòng)性；在低溫（15 ℃）時(shí)，則會(huì)積累磷脂酰乙醇胺和麥角甾醇，防止膜硬化。

因此，水分、乙醇體積分?jǐn)?shù)、淀粉和溫度構(gòu)成濃香型白酒發(fā)酵過程中酵母菌群的核心非生物驅(qū)動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)：水分通過改變微生物互作和代謝通量，調(diào)控群落結(jié)構(gòu)；乙醇體積分?jǐn)?shù)直接抑制非耐受菌并篩選優(yōu)勢(shì)酵母；淀粉作為碳源基礎(chǔ)，驅(qū)動(dòng)生長(zhǎng)-衰亡周期；溫度調(diào)節(jié)生長(zhǎng)速率及細(xì)胞適應(yīng)性，影響風(fēng)味代謝方向。四者協(xié)同作用，共同塑造了酵母菌群的動(dòng)態(tài)演替格局（如從Saccharomyces、Pichia向Kazachstania的過渡），最終決定白酒的風(fēng)味品質(zhì)。

2.3 酒醅發(fā)酵過程中各酵母屬與理化因子的相關(guān)性分析

對(duì)酒醅發(fā)酵過程中各酵母屬與理化因子進(jìn)行相關(guān)性分析（圖5，R＞0.5）。結(jié)果顯示，在酒醅發(fā)酵過程中，僅有4 種酵母屬與發(fā)酵溫度呈顯著相關(guān)性，這4 種酵母屬分別為Kazachstania、Saccharomyces、Pichia和Saccharomycopsis。其中，僅Saccharomycopsis與發(fā)酵溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)，而Kazachstania、Saccharomyces和Pichia則與發(fā)酵溫度呈顯著正相關(guān)。進(jìn)一步分析表明，Kazachstania與淀粉、還原糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)，而與水分、酸度、乙醇體積分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)。相比之下，Saccharomyces、Pichia、Saccharomycopsis、Diutina、Kodamaea、Clavispora、Hanseniaspora、Trichosporon等酵母屬則表現(xiàn)出與Kazachstania截然不同的相關(guān)性，這些屬大多與淀粉和還原糖含量呈顯著正相關(guān)，而與水分、酸度和乙醇體積分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。這表明，在酒醅發(fā)酵過程中，Kazachstania相對(duì)豐度的上升主要受到水分、酸度、乙醇體積分?jǐn)?shù)及溫度的驅(qū)動(dòng)，而Saccharomyces、Pichia豐度的增加則更多受到溫度、淀粉含量與還原糖含量的影響。此外，大多數(shù)其他酵母屬，如Saccharomycopsis、Diutina、Kodamaea、Clavispora、Hanseniaspora、Trichosporon等，相對(duì)豐度的增加主要受到淀粉和還原糖的驅(qū)動(dòng)。

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酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群演替的生物驅(qū)動(dòng)因子

3.1 酒醅發(fā)酵過程中生物因素對(duì)酵母菌群演替的影響

為了探究生物因素對(duì)酵母菌群演替的影響，對(duì)酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群與其他微生物群落的相關(guān)性進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示（圖6a），在酒醅發(fā)酵過程中，微生物群落與酵母菌群之間的相關(guān)性達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）。這一結(jié)果表明，酵母菌群的演替受到微生物群落的顯著影響。為進(jìn)一步明確關(guān)鍵生物驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群與優(yōu)勢(shì)微生物（相對(duì)豐度＞0.1%）進(jìn)行了Mantel相關(guān)性分析（圖6b）。結(jié)果表明，在酒醅發(fā)酵過程中，酵母菌群與Lactobacillus、Thermomyces、Kroppenstedtia、Weissella、Saccharopolyspora、Aspergillus、Staphylococcus、Limosilactobacillus、Companilactobacillus微生物呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。這表明，酵母菌群的演替主要受到上述微生物的驅(qū)動(dòng)。

在白酒釀造過程中，酵母菌群與Lactobacillus的正相關(guān)性主要體現(xiàn)在代謝功能互補(bǔ)、風(fēng)味物質(zhì)協(xié)同形成以及環(huán)境適應(yīng)性3 個(gè)方面。在代謝功能互補(bǔ)方面，酵母菌群主要負(fù)責(zé)將糖類（如葡萄糖）轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳，這是乙醇發(fā)酵的核心過程。酵母菌產(chǎn)生的乙醇不僅是白酒的主要成分，也是后續(xù)風(fēng)味物質(zhì)合成的重要前體。Lactobacillus在酒醅發(fā)酵中后期發(fā)揮核心作用，將酵母菌產(chǎn)生的乙醇進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乳酸和乙酸（即酸類物質(zhì)）。這一過程被稱為“功能代謝轉(zhuǎn)換”，是白酒風(fēng)味形成的關(guān)鍵階段。因此，酵母菌與Lactobacillus形成“接力式”代謝，即酵母菌在發(fā)酵前期積累乙醇，Lactobacillus在后期利用乙醇合成酸類，兩者共同推動(dòng)風(fēng)味物質(zhì)的多樣化。在風(fēng)味物質(zhì)的協(xié)同合成方面，酵母菌產(chǎn)生的乙醇與Lactobacillus產(chǎn)生的乳酸/乙酸結(jié)合，在酶催化下形成酯類（如乳酸乙酯、乙酸乙酯），這些酯類是白酒風(fēng)味的主要貢獻(xiàn)者。研究表明，Lactobacillus與白酒中大多數(shù)揮發(fā)性風(fēng)味化合物（如異丁醇、丁酸乙酯、辛酸乙酯、乳酸乙酯等）呈顯著正相關(guān)。因此，酵母菌主導(dǎo)產(chǎn)生醇類（如異戊醇、β-苯乙醇），Lactobacillus主導(dǎo)產(chǎn)生酸類和酯類，兩者共同構(gòu)建了白酒的復(fù)雜風(fēng)味輪廓。在環(huán)境適應(yīng)性方面，Lactobacillus的乙醇耐受性使其能在高乙醇體積分?jǐn)?shù)環(huán)境中生存。其代謝活動(dòng)在酵母菌完成乙醇發(fā)酵后仍可持續(xù)進(jìn)行，這種耐受性使其成為酒醅發(fā)酵后期的優(yōu)勢(shì)菌群。此外，Lactobacillus與酵母菌之間還存在著一種微環(huán)境互惠關(guān)系，即酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生的二氧化碳和熱量可創(chuàng)造厭氧、微酸性環(huán)境，有利于Lactobacillus生長(zhǎng)。同時(shí)，Lactobacillus代謝產(chǎn)生的酸類可抑制雜菌繁殖，間接保護(hù)酵母菌的發(fā)酵環(huán)境。因此，酵母菌群與Lactobacillus屬的正相關(guān)性是白酒風(fēng)味形成的核心機(jī)制之一：酵母菌提供乙醇作為底物，Lactobacillus將其轉(zhuǎn)化為酸類，兩者協(xié)同合成酯類等風(fēng)味物質(zhì)。

3.2 酒醅發(fā)酵過程中各酵母屬與微生物群落的相關(guān)性分析

對(duì)酒醅發(fā)酵過程中各酵母屬與優(yōu)勢(shì)微生物（相對(duì)豐度＞0.1%）進(jìn)行相關(guān)性分析（圖7，R＞0.5）。結(jié)果表明，Kazachstania、Knufia、Dekkera與優(yōu)勢(shì)微生物之間存在顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），如Kazachstania與Thermomyces、Aspergillus呈顯著負(fù)相關(guān)，Knufia與Thermoactinomyces、Kroppenstedtia、Saccharopolyspora、Acetobacter等呈顯著負(fù)相關(guān)，Dekkera則與Thermomyces、Aspergillus、Staphylococcus呈顯著負(fù)相關(guān)。大部分酵母屬，如Pichia、Diutina、Kodamaea、Clavispora、Apiotrichum、Hyphopichia、Trichosporon、Cutaneotrichosporon等，與Lactobacillus呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，但與Thermoactinomyces、Bacillus、Weissella、Kroppenstedtia、Saccharopolyspora、Acetobacter等優(yōu)勢(shì)微生物呈顯著正相關(guān)。

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酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響

4.1 酒醅發(fā)酵過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)合成規(guī)律

利用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)酒醅發(fā)酵過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。在酒醅發(fā)酵過程中，共檢測(cè)到171 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中包括68 種酯類、30 種醇類、16 種酸類、9 種酚類、12 種醛類、11 種烷類、15 種酮類以及10 種其他類（如烯類、醚類等）。對(duì)不同類別揮發(fā)性物質(zhì)含量變化進(jìn)行分析，結(jié)果見圖8a。在酒醅發(fā)酵的初始階段，酯類、酸類和醇類風(fēng)味物質(zhì)的質(zhì)量濃度分別為28.04、37.54、3.07 mg/L，隨著酒醅的發(fā)酵，酯類、醇類風(fēng)味物質(zhì)的含量不斷升高，而酸類風(fēng)味物質(zhì)的含量基本保持穩(wěn)定。在酒醅發(fā)酵結(jié)束時(shí)，酯類風(fēng)味物質(zhì)的質(zhì)量濃度高達(dá)156.18 mg/L，醇類物質(zhì)的質(zhì)量濃度為22.22 mg/L，酸類風(fēng)味物質(zhì)的質(zhì)量濃度為33.03 mg/L。相比之下，酚類、醛類和酮類等其他類別的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在酒醅發(fā)酵過程中的含量相對(duì)較低，并且其變化幅度較小，顯示出較為穩(wěn)定的特性。

進(jìn)一步對(duì)酒醅發(fā)酵過程中含量較高（總含量最高的前50 種）的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的合成規(guī)律進(jìn)行分析（圖8b）。在酒醅發(fā)酵過程中，含量較高的風(fēng)味物質(zhì)主要為己酸乙酯、己酸、棕櫚酸乙酯、亞油酸乙酯、2-羥基丙酸乙酯、辛酸、乙醇、反油酸乙酯、苯丙酸乙酯、異戊醇、苯乙醇、乙酸乙酯、辛酸乙酯、庚酸、壬酸、1-己醇、異辛醇、丁酸等。其中，己酸乙酯、己酸、棕櫚酸乙酯相較于其他風(fēng)味物質(zhì)，在酒醅中的總含量尤為突出。己酸乙酯、己酸、棕櫚酸乙酯在酒醅發(fā)酵的第0天，質(zhì)量濃度分別為3.28、26.58、7.84 mg/L，隨著酒醅的發(fā)酵，己酸乙酯、棕櫚酸乙酯含量逐漸升高，而己酸含量則維持在相對(duì)穩(wěn)定的水平，在酒醅發(fā)酵結(jié)束時(shí)，己酸的質(zhì)量濃度為16.52 mg/L，而己酸乙酯、棕櫚酸乙酯的質(zhì)量濃度已分別升至36.81、30.06 mg/L。其他風(fēng)味物質(zhì)，如亞油酸乙酯、乙醇、反油酸乙酯、苯丙酸乙酯、乙酸乙酯等，隨著酒醅的發(fā)酵，其含量也隨之緩慢上升，這些物質(zhì)的初始質(zhì)量濃度極低甚至未檢出（分別為5.59、0、2.83、0.78、0 mg/L），但在酒醅發(fā)酵結(jié)束時(shí)顯著提升至16.03、8.22、7.57、7.07 mg/L和5.74 mg/L。

4.2 酵母菌群對(duì)不同分類揮發(fā)性代謝物質(zhì)的影響

為探究酵母菌群對(duì)不同類別揮發(fā)性代謝產(chǎn)物的調(diào)控作用，采用Mantel tests檢驗(yàn)對(duì)二者相關(guān)性進(jìn)行分析（圖9）。結(jié)果顯示，酵母菌群與多種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的合成具有顯著關(guān)聯(lián)性（P＜0.05），共涉及25 種代謝產(chǎn)物，包括10 種醇類、6 種酯類、4 種醛類、2 種酸類、1 種酚類以及2 種其他類化合物。具體而言，在酯類風(fēng)味物質(zhì)方面，酵母菌群與己酸乙酯、乙酸乙酯、己酸丁酯、己酸丙酯、乙酸苯乙酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯6 種酯類物質(zhì)顯示出顯著的正相關(guān)性；在醇類風(fēng)味物質(zhì)方面，酵母菌群與乙醇、異戊醇、苯乙醇、1-辛醇、1-壬醇、1-癸醇、2-呋喃甲醇以及(―)-α-松油醇等10 種醇類物質(zhì)表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性；在醛類風(fēng)味物質(zhì)方面，酵母菌群與十六醛、苯甲醛、苯乙醛、十五醛4 種醛類物質(zhì)顯著正相關(guān)；在酸類風(fēng)味物質(zhì)方面，酵母菌群與己酸、正癸酸2 種酸類物質(zhì)顯著正相關(guān)；在酚類風(fēng)味物質(zhì)方面，酵母菌群與2-甲氧基-4-乙烯基酚表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)；而在其他類風(fēng)味物質(zhì)（包括醚類、烯類）方面，酵母菌群與N,N-二丁基甲酰胺、1,8,11,14-十七烷四烯2 種物質(zhì)顯著正相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明酵母菌群在揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的形成中扮演著重要角色，并且與多種風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生具有密切的聯(lián)系。因此，酵母菌群可能通過多元化的代謝途徑參與酒醅風(fēng)味網(wǎng)絡(luò)的形成。

利用Procrustes相關(guān)性分析進(jìn)一步解析酵母菌群與不同類別揮發(fā)性代謝物質(zhì)之間的相關(guān)性強(qiáng)度（圖10）。結(jié)果表明，酵母菌群與醇類、酯類以及酮類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），這說明酵母菌群主要驅(qū)動(dòng)醇類、酯類和酮類風(fēng)味物質(zhì)的合成。

在濃香型白酒中，醇類風(fēng)味物質(zhì)主要包括乙醇、異戊醇、正丙醇、異丁醇、2-丁醇、己醇、2,3-丁二醇、異丙醇、正戊醇和β-苯乙醇等。這些醇類主要來源于酵母發(fā)酵過程中糖類和氨基酸的代謝產(chǎn)物。乙醇是酵母通過Embden-Meyerhof途徑（糖酵解途徑）發(fā)酵糖類產(chǎn)生的主要成分。這一過程將葡萄糖轉(zhuǎn)化為丙酮酸，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳。其他醇類如異戊醇、正丁醇、2-丁醇等則由氨基酸（如酪氨酸、亮氨酸等）通過酵母發(fā)酵產(chǎn)生，即Ehrlich途徑（氨基酸脫氨/脫羧，高級(jí)醇代謝途徑）。酯類物質(zhì)是濃香型白酒的主要香氣成分（如己酸乙酯、乳酸乙酯），其合成依賴于酵母的胞內(nèi)酯酶催化及非酶酯化反應(yīng)。在酒醅發(fā)酵過程中，酵母菌（如Zygosaccharomyces、Saccharomyces、Pichia等）將乙醇轉(zhuǎn)化為乙酸，同時(shí)與脂肪酸結(jié)合生成酯類化合物，如己酸乙酯、乙酸乙酯等。酵母在發(fā)酵過程中往往通過α-二羰基途徑和脂肪酸β-氧化產(chǎn)生酮類。酮類物質(zhì)雖然在酒醅中的含量較低，但對(duì)風(fēng)味復(fù)雜度有重要貢獻(xiàn)。如二乙酰是一種常見的酮類化合物，具有烤面包、焦糖和堅(jiān)果的香氣，但高濃度時(shí)會(huì)散發(fā)出變質(zhì)黃油的氣味。其他酮類化合物如2-戊酮、2-庚酮等也可能在發(fā)酵過程中產(chǎn)生，它們對(duì)白酒的香氣特征有重要貢獻(xiàn)。因此，酵母菌群通過直接代謝（如Ehrlich途徑、酯酶催化等）和間接協(xié)同（如酸醇酯化）驅(qū)動(dòng)醇、酯、酮三類物質(zhì)的合成，是濃香型白酒獨(dú)特風(fēng)味特征形成的關(guān)鍵功能菌群之一。

4.3 酵母屬與揮發(fā)性代謝物質(zhì)的相關(guān)性分析

為探究各酵母屬與揮發(fā)性代謝物質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，對(duì)酵母屬與50 種酒醅中含量較高的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)分析（圖11，R＞0.7，P＜0.05）。分析結(jié)果顯示，在酒醅發(fā)酵過程中，14 個(gè)酵母屬與39 種含量較高的風(fēng)味物質(zhì)呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。其中，Hyphopichia是關(guān)聯(lián)度最高的酵母屬，緊隨其后的依次為Trichosporon、Kodamaea、Apiotrichum、Clavispora等。值得注意的是，這些關(guān)聯(lián)度較高的酵母屬與風(fēng)味物質(zhì)之間均呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。例如，Hyphopichia與己酸乙酯、正癸酸、乳酸異戊酯、苯乙醇、戊酸乙酯、辛酸乙酯、硬脂酸乙酯、亞油酸乙酯等多種風(fēng)味物質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)；Trichosporon、Kodamaea則與乙醇、1-己醇、1-辛醇、乙酸、丁酸乙酯、苯乙酸乙酯等呈顯著負(fù)相關(guān)。在該相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)中，僅Kazachstania和Meyerozyma兩個(gè)酵母屬與風(fēng)味物質(zhì)呈顯著正相關(guān)。具體而言，Kazachstania與異戊醇、苯乙醇呈顯著正相關(guān)，Meyerozyma與庚酸、辛酸呈顯著正相關(guān)。

酒醅中多數(shù)酵母菌與風(fēng)味物質(zhì)之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，其本質(zhì)很可能是微生物群落動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果。在酒醅發(fā)酵前期，產(chǎn)酯酵母（如Pichia、Saccharomyces）占據(jù)主導(dǎo)地位，它們的糖酵解途徑十分活躍，能夠產(chǎn)生大量乙醇、己酸乙酯、乙酸乙酯以及高級(jí)醇等風(fēng)味物質(zhì)。而在酒醅發(fā)酵后期，隨著乳酸的不斷積累以及乙醇體積分?jǐn)?shù)升高（＞8%），酸、醇、厭氧等環(huán)境脅迫因素會(huì)觸發(fā)微生物群落的演替。此時(shí)，耐脅迫酵母（如Kazachstania）會(huì)占據(jù)主要的生態(tài)位，但其代謝活動(dòng)以維持自身能量需求為主，酯化能力有所減弱。與此同時(shí)，酵母菌合成酯類物質(zhì)需要依賴?；o酶A和醇類前體，然而乳酸菌的競(jìng)爭(zhēng)性消耗直接限制了這些底物的供應(yīng)。乳酸菌（如Lactobacillus）在發(fā)酵的中后期會(huì)快速增殖，大量消耗糖類和氨基酸，進(jìn)而減少了酵母可利用的碳源。此外，乳酸菌代謝會(huì)產(chǎn)生乳酸和乙酸，導(dǎo)致環(huán)境pH值降低，從而抑制酵母酯化酶（如乙醇乙酰轉(zhuǎn)移酶）的活性。所以，乳酸菌的資源競(jìng)爭(zhēng)作用能夠?qū)︴セ磻?yīng)起到抑制效果。當(dāng)酵母的酯化能力減弱時(shí)，由于功能微生物的協(xié)同替代作用，耐酸細(xì)菌（如Clostridium）會(huì)接管酯類合成工作，與酵母的代謝形成互補(bǔ)性的負(fù)相關(guān)關(guān)系。Clostridium能夠利用乳酸生成己酸，己酸進(jìn)一步與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)生成己酸乙酯（濃香型白酒的特征風(fēng)味物質(zhì)）。因此，這一過程由環(huán)境參數(shù)（pH值、氧濃度等）引發(fā)微生物演替，進(jìn)而導(dǎo)致代謝路徑轉(zhuǎn)換的級(jí)聯(lián)反應(yīng)所驅(qū)動(dòng)，最終表現(xiàn)為特定酵母屬與風(fēng)味物質(zhì)之間的負(fù)相關(guān)性。

05

結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，在酒醅發(fā)酵過程中，酵母菌群占總微生物群落相對(duì)豐度的43.24%，主要由Kazachstania、Saccharomyces、Pichia、Saccharomycopsis、Debaryomyces、Trichosporon等49 個(gè)酵母屬組成。酵母菌群在酒醅發(fā)酵過程中的演替主要受Lactobacillus、Thermomyces、Kroppenstedtia、Weissella、Saccharopolyspora、Aspergillus、Staphylococcus、Limosilactobacillus等生物因素，以及水分、乙醇體積分?jǐn)?shù)、淀粉和溫度等非生物因素的調(diào)控。在酒醅發(fā)酵過程中，共檢測(cè)出171 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，主要為己酸乙酯、己酸、棕櫚酸乙酯、異戊醇、苯乙醇、乙酸乙酯、辛酸乙酯等。Mantel tests分析表明，酵母菌群與25 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的合成存在顯著相關(guān)性（P＜0.05）。相較于酸類、醛類等風(fēng)味物質(zhì)，酵母菌群主要推動(dòng)醇類、酯類和酮類風(fēng)味物質(zhì)的合成。該研究結(jié)果揭示了濃香型白酒酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群演替的調(diào)控機(jī)制及代謝特征，為優(yōu)化生產(chǎn)工藝提供了科學(xué)依據(jù)，有助于改善產(chǎn)品質(zhì)量并增強(qiáng)風(fēng)味特性。

引文格式：

文悅, 張宿義, 宋攀, 等. 濃香型白酒酒醅發(fā)酵過程中酵母菌群演替機(jī)理及代謝特征[J]. 食品科學(xué), 2025, 46(23): 169-181. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250629-207.

WEN Yue, ZHANG Suyi, SONG Pan, et al. Succession mechanism and metabolic characteristics of yeast flora during the fermentation of fermented grains (Jiupei) for Nongxiangxing Baijiu[J]. Food Science, 2025, 46(23): 169-181. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250629-207.

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

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