酱香型白酒以其独特的风味和工艺深受消费者喜爱，其中高温大曲（"酱曲"）在提升新酒产量和质量中起着关键作用。根据颜色，酱曲传统上分为白曲、黄曲和黑曲三种类型，不同类型酱曲中微生物群落与代谢物的差异会显著影响酱香型白酒的终风味。然而，当前对酱曲中颜色差异背后微生物群落与代谢物动态变化机制的研究仍然较少。

近日，四川大学生物质科学与工程学院的周荣清教授团队在国际一区Top期刊《Food Chemistry》（IF=8.5, 一区Top）发表了题为《Unraveling the unique microbiota and metabolites in three different colors Jiangqu through multidimensional analysis》的研究论文，唐秋香助理研究员为第一作者。研究者利用昊为泰微生物绝对定量测序技术及多组学分析手段，系统探讨了三色酱曲中微生物群落结构、挥发性与非挥发性代谢物的特征及其关联性。研究揭示了酱曲颜色差异的微生物与代谢物机制，为优化酱曲配比与提升酱香型白酒品质提供了科学依据。

中文标题：三色酱曲中微生物群落与代谢物动态变化机制的多维分析

发表期刊：Food Chemistry

影响因子：8.5（一区Top）

发表时间：2024年11月

 研究材料与方法 

本研究所用酱曲块是从茅台镇（中国贵州）的两家著名酱味白酒企业收集的，并根据酱曲的外表颜色分为白色（WQ）、黄色（YQ）和黑色（BQ）。经过粉碎和均质化后，采用5点采样法，从江曲锥形堆周围及中心位置各收集100 g样品，随后混合在一起。混合后，取450 g等分并储存在0–4°C下，用于后续分析理化性质和代谢成分。另外50 g部分在−80°C下冷冻保存，送上海昊为泰生物进行微生物绝对定量测序。

具体来说，研究者采用多组学综合分析方法，深入解析了三色酱曲的微生物群落与代谢物特征。首先，通过理化性质分析比较三色酱曲的糖化能力、液化能力和酸度等关键指标。随后，利用HS-SPME-GC-MS和UPLC-Q/TOF-MS技术，系统检测挥发性与非挥发性代谢物组成及动态变化。之后，通过昊为泰微生物的Accu16S^®细菌绝对定量测序（V4V5）和AccuITS^TM真菌绝对定量测序（ITS2），研究者定量分析了三色酱曲中细菌与真菌的群落结构，并运用相关性和功能预测分析揭示了微生物与代谢物之间的复杂关联。

 研究内容 

基于理化性质的三色酱曲特性分析

研究者首先分析了来自不同批次的白曲（WQ）、黄曲（YQ）和黑曲（BQ）的理化特性，发现白曲与黄曲的糖化能力和液化能力显著高于黑曲，而黑曲的酸度和焦谷氨酸含量高。这表明颜色深浅与酱曲中氨基酸降解和美拉德反应密切相关。此外，随着储存时间增加，三色酱曲的有机酸成分也显现出显著差异，其中黄曲表现出更高的挥发性酸含量，而白曲的草酸含量较高。

图1、三色酱曲理化性质和有机酸分析。（A）基于Spearman相关法的理化性质相关性分析。（B）有机酸的聚类热图分析。（C）有机酸的PCoA分析。（D）基于Spearman相关法的理化性质与有机酸之间的相关性。

挥发性代谢物的组成与特征

通过HS-SPME-GC-MS技术，研究者在酱曲样本中共检测到182种挥发性化合物，包括酯类、酸类、吡嗪类等。其中黄曲的挥发性物质含量显著高于白曲和黑曲，尤其是关键风味物质2,3,5,6-四甲基吡嗪，其比例高达43.45%。吡嗪类化合物在黄曲中特别丰富，而酯类在白曲中占优势，黑曲则表现出更高的酚类和醛类化合物含量。

图2、挥发物检测结果。（A） 显示了不同样品中的挥发物含量。左下角的条形图显示了每个样品中检测到的挥发物数量。点之间的垂直连接表示共同的挥发性物质，而孤立的点表示独特的挥发性物质。右上方的条形图显示下图所示的交集内的元素数。（B）蓝框数据显示每个样品的挥发物总含量，而条形图显示它们的相对含量。（C） PCA分析和（D）挥发物热图。

非挥发性代谢物的分析

利用UPLC-Q/TOF-MS技术，研究者在酱曲样本中检测到291种非挥发性化合物，包括氨基酸及其衍生物、有机酸、肽类等。黄曲的非挥发性代谢物总量高，黑曲中的黑色素前体物质L-酪氨酸含量显著增高，这与黑曲的颜色特征密切相关。此外，研究还发现部分非挥发性化合物具备抗微生物特性，可能对酱曲中微生物群落的动态变化产生影响。

图3、挥发物和非挥发性物质的特征分析。（A）挥发物相关线性判别分析效应量 （LEfSe）（LDA > 2，p < 0.05）。（B）上调图描述了样品中非挥发性物质的数量，左下角的条形图显示了每个样品中非挥发性物质的数量。点之间的垂直连接表示样品之间共享的非挥发性物质，而孤立的点表示唯一的非挥发性物质。右上方的图表表示交集内共同的数量。（C）条形图说明了基于LEfSe分析的每个样品中特征性非挥发性物质的类型（LDA > 2，p < 0.05）。

微生物群落结构与动态变化

通过16S和ITS扩增子绝对定量测序，研究者定量分析了三色酱曲中的细菌与真菌群落。结果显示，白曲和黄曲中细菌丰度高于黑曲，而真菌丰度则呈现相反趋势。优势菌属如Bacillus、Kroppenstedtia和Saccharopolyspora在不同类型酱曲中表现出显著差异，例如黄曲中的Kroppenstedtia与关键挥发性物质吡嗪类化合物的产生显著相关。

图4、细菌和真菌群落结构的绝对定量分析。真菌目（A）和属（B）水平的绝对和相对组成。细菌目（C）和属（D）水平的绝对和相对组成。（E）基于LEfSe分析的真菌和细菌生物标志物分析（LDA > 2，p < 0.05）。

微生物与代谢物的关联性

通过相关性与Procrustes分析，研究者揭示了微生物群落结构与代谢物之间的复杂关联。例如，黄曲中Scopulibacillus和Rhizopus与2,3,5,6-四甲基吡嗪的合成呈正相关，而黑曲中Saccharopolyspora与萜烯类物质的生成密切相关。这表明不同微生物在代谢物形成中具有特定功能。

图5、微生物和代谢物之间的相关性分析。（A）真菌和（B）基于ASV的细菌群落自然连接。（C）群落稳定性和挥发物之间的Mantel检验。（D）群落稳定性和非挥发性物质之间的Mantel测试。（E）真菌属和挥发物之间的Procrustes分析。（F）Procrustes分析细菌属和挥发物。

微生物功能预测与代谢通路分析

基于PICRUSt2和FUNGAL Traits数据库，研究者预测了微生物群落的功能潜力。结果显示，黄曲中与吡嗪合成相关的氨基酸代谢通路显著高于其他类型酱曲，而黑曲中次级代谢物和萜类代谢通路占比高。这些功能特性为进一步优化酱曲生产工艺提供了理论指导。

图6、微生物代谢功能和差异分析。（A）真菌栖息地条形图。（B）真菌生活方式相关条形图。（C）真菌腐烂底物条形图。（D）真菌腐烂类型条形图。（E）细菌KEGG功能的LEfSe分析（LDA > 2，p < 0.05）。（F）细菌代谢功能的热图。

 研究结论 

该研究通过定量微生物组和代谢组相关多组学检测方法，系统解析了三色酱曲的微生物群落结构与代谢物特征。研究结果表明，不同颜色酱曲在微生物群落组成、代谢物动态变化及其关联性方面存在显著差异。通过揭示微生物与代谢物的复杂相互作用，本研究为优化酱曲配比、提升白酒风味质量提供了重要理论依据。

本研究由四川大学周荣清教授团队完成。周教授为论文的通讯作者，唐秋香助理研究员为第一作者。研究团队隶属于四川大学轻工科学与工程学院，致力于微生物和酶应用技术的开发与应用、微生物群落代谢调控理论与技术的研究与开发。

关于昊为泰 

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