金种子酒是馥郁香型白酒的代表之一，通常由高粱、大麦、小麦和玉米等原料经过发酵、蒸馏和储存制成，具有香气浓郁、口感绵甜、回味悠长的特点。其独特的风味来源于其特有的微生物发酵过程，这一过程涉及到多种微生物群落和代谢产物的相互作用。

　　本研究旨在通过多组学方法来分析发酵谷物和窖泥的微生物组成和挥发性成分，并探讨它们对白酒质量和风味的影响。

　　01材料方法

　　样品为从安徽金种子酒业发酵池中收集的发酵谷物（FG）和窖泥（PM），从发酵池上、中和下层的采集谷物样本命名为CA、CM和CB，从发酵池底部采集的窖泥本命名为CP。

　　样本进行了理化性质检测，对分别进行了微生物培养平板计数。将样本与PBS混合离心后提取DNA，以16S和ITS1序列区进行PCR扩增并测序。挥发性成分分析采用HS-SPME-GC-MS平台。测序数据处理使用了QIIME2软件，统计分析引用到R语言绘制微生物群落组成图和热图，以Cytoscape软件分析了微生物群落与挥发性成分之间的相关性。

　　02结果讨论

　　研究结果显示，FG样本和PM样本的菌落组成与挥发性化合物存在差异，总体来看Aspergillus、Pichia以及Rhizopus是FG样本及PM样本的主要菌群，而PM样本中的酸类和酯类浓度高于FG样本。冗余分析（RDA）显示FG样本中的挥发性成分包括醇类、酸类及酯类，与菌群Lactobacillus、Bacillus、Aspergillus、Pichia和Monascus等显著相关，这些核心微生物在FG样本中代谢挥发性成分的过程中扮演着重要角色。

　　微生物多样性分析显示，PM样本展现了细菌和真菌物种多样性，其中乳杆菌参与了乳酸、乙醇和醋酸的代谢过程，毕赤酵母是产生挥发性化合物的关键，红曲霉促进了酯类如乙酸乙酯和己酸乙酯的合成。各类型样本比较发现，CA、CM、CB样品与PM样品在细菌组成上相似，但PM样品在真菌组成方面与FG样品有明显区别。

　　03研究结论

　　研究联合利用了宏基因组与代谢组学技术，深入分析了金种子白酒中发酵谷物和窖泥微生物组成与挥发性化合物之间的相关性，揭示了核心菌群与挥发性化合物高度相关，这些发现有助于优化发酵过程、提升复合香型白酒质量，并为改进生产技术、解析发酵机制以及理解白酒发酵过程中微生物生态系统的复杂性提供了科学依据，同时结合了传统酿造工艺与现代分子生物学方法，促进了食品工业的现代化发展。

　　图1.描述了3个发酵谷物（FG）样本与1个窖泥（PM）样本中微生物的α多样性情况a.显示4个样本中细菌α多样性情况；b.显示4个样本中真菌α多样性情况；c.显示4个样本中细菌操作分类单元（OTU）的维恩图；d.显示4个样本中真菌操作分类单元（OTU）的维恩图。

 

　　图2.描述了发酵谷物（FG）样本与窖泥（PM）样本中微生物群落结构及相关热图分析a.显示不同样本中细菌在门水平上的分布情况；b.显示不同样本中细菌在属水平上的分布情况；c.显示不同样本中真菌在门水平上的分布情况；d.显示不同样本中真菌在属水平上的分布情况；e.热图分析对比不同样本中细菌组成异同；f.热图分析对比不同样本中真菌组成异同。

 

　　图3.展示发酵谷物样本和窖泥样本中差异物种的LEfSe（Linear Discriminant Analysis Effect Size）分析结果LEfSe广泛用于宏基因组数据可视化，通过线性判别分析（LDA）来估计每个差异丰度特征的效应大小，并据此对特征进行排序，能够针对多个组别进行差异分析，并考虑不同特征之间的相关性。

　　a.显示不同样本之间细菌分类群的差异。通过LEfSe分析可以识别出在FG和PM样本中具有显著差异的细菌分类单元，例如，Clostridiales、Lactobacillales及Weissella等细菌在PM中上调。b.显示不同样本组间真菌分类群的差异。根据LEfSe分析识别出Aspergillaceae、Mucoraceae及Candida等真菌在PM中上调。

 

　　图4.描述了发酵谷物样本和窖泥样本中细菌与真菌在属水平上的主成分分析（PCA）、层次聚类分析以及网络相关性分析的结果a.样本间细菌组成的PCA分析结果，CA、CM、CB样本显示出相似性，而与PM样本之间则表现出分散性。b.样本间真菌组成的PCA分析结果，样本间分布较为分散，证实了FG和PM在真菌多样性上的区别。c.样本间细菌组成的层次聚类分析，FG样品间表现出相似性，高丰度菌为乳杆菌属、甲烷弧菌属和芽孢杆菌属。d.样本间真菌组成的层次聚类分析，PM、CA和CB样品中高丰度真菌为曲霉属、毕赤酵母属和干霉属。e.样本内细菌网络相关性分析。f.样本内真菌网络相关性分析。

 

　　图5.显示发酵谷物样本和窖泥样本中挥发性成分的种类、含量及其分析结果a.显示在FG和PM样本中检测到的不同挥发性成分。b.显示在FG和PM样本中检测到的挥发性成分含量。c.显示样本中挥发性成分的主成分分析（PCA）。d.显示样本中挥发性成分的偏最小二乘判别分析（PLS-DA）。e.显示样本中挥发性成分的变量重要性投影（VIP）分析，筛选到33个VIP值超过1的重要成分，其中己酸是区分不同样品的最具影响力成分。

 

　　图6.展示发酵谷物样本中微生物群落与挥发性成分之间的相关性分析包含了微生物RDA分析及相关性Circos图。RDA（Redundancy Analysis，冗余分析）为多变量统计方法，用于探索多个解释变量（如环境因子或微生物群落组成）与响应变量（如挥发性化合物）之间的关系。

　　a.展示了挥发性成分与细菌之间的RDA分析结果，表明Bacillus（芽孢杆菌属）和Lactobacillus（乳杆菌属）与大多数挥发性成分的合成过程之间存在显著相关性。b.展示了挥发性成分与真菌之间的RDA分析结果，Aspergillus（曲霉属）、Pichia（毕赤酵母属）和Monascus（红曲霉属）与多种挥发性成分的合成途径之间存在显著相关性。相关性香水Circos图用于展示微生物与挥发性化合物之间的关系，通过环来表示不同组分之间的关联，每个环代表一个分类层次（例如，细菌属或挥发性化合物），而连接线则表示这些组分之间的相关性。c.显示了发酵谷物中细菌与相关成分之间的相关关系。例如乳杆菌属与丁酸的合成呈正相关，而芽孢杆菌属与异戊酸、戊酸和异己酸的合成过程呈负相关。d.显示了发酵谷物中真菌与相关成分之间的相关关系。例如毕赤酵母属与庚酸、乙基戊酸、乙基己酸和己酸等化合物的正相关，红曲霉属与乙基庚酸和乙酸的负相关。

　　参考文献：Cheng W,Chen X,Xue X,Lan W,Zeng H,Li R,Pan T,Li N,Gong Z,Yang H.Comparison of the Correlations of Microbial Community and Volatile Compounds between Pit-Mud and Fermented Grains of Compound-Flavor Baijiu.Foods.2024 Jan 8;13(2):203.doi:10.3390/foods13020203.PMID:38254504;PMCID:PMC10814010.