浓香型白酒窖泥微生物多样性与其理化特性的关联研究：揭示窖龄与空间分层对发酵微生态的影响

本研究针对浓香型白酒(Strong-flavor Baijiu, SFB)生产过程中窖泥(Pit Mud, PM)微生物群落与理化特性关系不明的关键问题，通过分析20-50年不同窖龄及上中下分层PM样本，发现窖龄增加驱动微生物群落简化为"高丰富度-低均匀度"模式，垂直分层形成差异微环境：厌氧底层富集NH4+-N和有效磷(AvP>150 mg/100g)促进己酸前体合成，中层维持最高原核多样性及乳酸杆菌(Lactobacillus)生态位，需氧上层富集厚壁菌门(Firmicutes)。研究为优化白酒发酵微生态系统提供了重要理论依据。

　　

在中国传统酿酒工艺中，浓香型白酒以其独特的风味占据着重要地位，而窖泥作为发酵的核心载体，其微生物生态系统直接决定着酒体品质。然而长期以来，窖泥微生物群落随窖龄演替的规律及其与理化因子的互作机制尚不明确，特别是垂直空间分层形成的微环境差异如何影响风味物质合成，成为制约白酒品质提升的关键科学问题。

四川旅游学院烹饪科学四川省高等学校重点实验室的研究团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次系统揭示了窖泥微生物随窖龄和空间分层的演变规律。研究人员采用高通量测序技术分析20-50年不同窖龄窖泥的上中下三层样本，结合pH值、铵态氮(NH₄⁺-N)、有效磷(AvP)等理化指标测定，通过生物信息学分析和统计学方法建立了微生物-环境因子的关联模型。

研究主要采用三种关键技术：1) 分层采样法获取窖泥上中下三层生物样本；2) Illumina MiSeq平台进行16S rRNA和ITS1区高通量测序；3) 线性判别分析(LEfSe)和Spearman相关性分析揭示差异微生物与理化因子的关联。样本来自泸州康庆坊酒业的20-50年窖池，每个窖龄设置三个生物学重复。

【微生物α-多样性分析】

研究发现窖龄增加导致α多样性降低但ASV(扩增序列变体)丰富度升高，形成"高丰富度-低均匀度"的演替模式。这种模式有利于功能特化菌如产己酸菌(Caproiciproducens)和氨基酸杆菌(Aminobacterium)的富集，而真菌多样性在年轻窖泥中更高。

【微生物群落组成】

原核微生物以厚壁菌门(Firmicutes, 75.94%)和广古菌门(Euryarchaeota, 10.40%)为主，真核微生物以子囊菌门(Ascomycota, 78%)为优势菌群。空间分布显示：上层富集厚壁菌门和梭菌属(Clostridium_sensu_stricto_12)；中层维持最高原核多样性及乳酸杆菌生态位；底层富集甲烷杆菌属(Methanobacterium)和毕赤酵母属(Priceomyces)。

【差异微生物分析】

LEfSe分析鉴定出38个差异原核微生物和11个差异真核微生物。年轻窖泥(≤30年)以被孢霉门(Mortierellomycota)为生物标志物，而老窖泥特异性富集Pelotomaculum和产己酸菌等功能菌株。

【相关性分析】

关键发现包括：1) 氢孢菌属(Hydrogenispora)与甲烷杆菌属的互营关系通过种间氢转移促进己酸生成；2) 乳酸杆菌动态演替(年轻窖泥主导→老窖泥减少)调控代谢平衡；3) 有效磷(AvP)的底层富集(>150 mg/100g)与优质窖泥正相关。

这项研究首次系统阐明了窖泥微生物随窖龄和空间分层的演变规律及其环境驱动机制，提出了三个重要实践指导：1) 底层维持厌氧条件和AvP阈值可促进功能菌富集；2) 中层氧调控可平衡酸/酯生产者动态；3) 被孢霉门可作为≤30年窖龄的生物标志物。研究成果为通过微生态调控优化白酒风味物质合成提供了理论框架，对传统发酵食品的标准化生产具有重要借鉴意义。