窖泥微生物组与理化特性解析揭示江农酱香型白酒发酵中的关键功能菌群

《BMC Microbiology》：Metagenomic and physicochemical profiling reveal microbial functions in pit mud for Jiang-Nong Jianxiang Baijiu fermentation

为解决窖泥微生物对白酒风味形成机制不清的问题，黄淮学院研究人员通过宏基因组测序和理化分析，揭示了窖壁与窖底微生物在糖化、酯类合成中的功能分化。研究发现Lentilactobacillus buchneri等6种窖壁优势菌与Petrimonas sp. IBARAKI等4种窖底特征菌分别主导乳酸和己酸代谢，GHs/GTs/CBMs酶系的高丰度证实了窖泥的多糖降解潜力，为定向调控白酒发酵工艺提供了科学依据。

　　

在中国传统白酒酿造工艺中，窖泥作为发酵容器内壁的特殊微生态环境，其微生物群落直接决定着白酒的风味特征与品质。江农酱香型白酒作为融合酱香与浓香特色的新兴品类，其窖泥微生物组成与功能研究长期处于空白状态。现有研究多集中于高温大曲或浓香型窖泥，而针对酱香型窖泥的空间异质性（窖壁与窖底）及其对风味代谢的影响机制尚未系统解析。传统培养法和PCR-DGGE等技术因通量限制难以全面揭示微生物功能，亟需采用宏基因组等高通量手段破解窖泥"黑箱"。

黄淮学院生物与食品工程学院的研究团队在《BMC Microbiology》发表的研究，首次对河南驻马店地区江农酱香型白酒窖泥展开多维度解析。通过整合宏基因组测序与理化指标检测，揭示了窖壁与窖底微生物群落的结构差异及其在糖化、酯化等关键代谢途径中的分工协作机制，为定向调控酱香型白酒发酵工艺提供了理论支撑。

研究采用Illumina PE150平台对窖壁（Wall-a/b/c）和窖底（Base-a/b/c）样本进行宏基因组测序，经MEGAHIT组装和MetaGeneMark基因预测后，利用DIAMOND比对NR/CAZy/eggNOG数据库完成物种与功能注释。理化分析涵盖水分含量、糖化力（U/g）、酯化力（mg/g）等指标，通过SPSS进行显著性检验。

微生物组成分析显示，窖壁以厚壁菌门（Bacillota）为主导（80.59%），优势菌种Lactobacillus acetotolerans（29.68%）和Clostridium tyrobutyricum（3.12%）与乳酸及丁酸乙酯合成相关；窖底则呈现细菌-古菌共栖特征，古菌门（Euryarchaeota）占比24.20%，特征菌Methanosarcina barkeri（2.44%）参与己酸合成。α多样性指数表明窖底微生物Shannon指数显著高于窖壁（p<0.05），反映其更高的生态位复杂性。

功能基因分析发现，糖苷水解酶（GHs）和糖基转移酶（GTs）在两类样本中均保持高丰度。窖壁特异性富集GH72（淀粉水解）和GH31（半纤维素降解）基因，而窖底则富含GH92（纤维素降解）和AA3（肽聚糖水解）基因。这种功能分化与窖壁糖化力（16.00 U/g）显著高于窖底（5.20 U/g）的检测结果相互印证，证实Clostridium（窖壁4.16% vs 窖底1.19%）在淀粉转化中的关键作用。

理化特性检测显示，窖壁样本在糖化力指标上具有显著优势（p<0.01），而酯化力、蛋白酶活性等指标无显著差异。结合代谢通路分析，研究人员提出"空间功能分区"模型：窖壁好氧环境促进乳酸菌主导的糖化过程，窖底厌氧条件更利于古菌驱动的己酸合成，二者协同塑造酱香型白酒的典型风味谱。

该研究首次绘制了江农酱香型白酒窖泥的微生物功能图谱，阐明窖泥空间异质性对风味代谢的分工调控机制。发现窖壁Clostridium的高丰度与糖化力正相关，为强化淀粉转化提供了菌种资源；揭示古菌Methanosarcina在窖底己酸合成中的核心地位，填补了酱香型白酒酯类前体合成路径的认知空白。研究成果不仅为传统酿造工艺的标准化改进提供科学依据，更为通过微生物组定向调控开发新型白酒风味奠定了理论基础。