酱香型白酒不同轮次发酵过程中酒醅理化指标、功能菌与挥发性风味物质变化及其相关性

山其木格,李 莉,秦立芹,康新玥,周 鑫,梁树英,唐 平*,李长文,陈 鹏,陆安谋

(贵州国台数智酒业集团股份有限公司,贵州 遵义 564501)

摘 要:以酱香型白酒各轮次堆积、窖池发酵酒醅为研究对象,采用常规检测方法、实时荧光定量聚合酶链式反应和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱技术分别检测酒醅理化指标、功能菌及挥发性风味物质,并分析其相关性。结果表明,酒醅发酵过程中水分呈波动变化趋势,酸度和乙醇含量逐渐增加,还原糖含量逐渐下降,且在不同轮次间存在明显差异。随着发酵的进行,功能菌数量呈现下降趋势,且不同轮次差异较大。库德里阿兹威毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)和Lactobacillaceae是酒醅中绝对优势菌,且在下沙、糙沙高于其他轮次。拜耳接合酵母(Zygosaccharomyces bailii)和粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)在1~5轮次较多。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)在功能菌中数量最少。酯类、醇类和酸类物质是酒醅中主要挥发性风味物质,且在发酵过程中逐渐升高,其他物质含量则波动较小。随着轮次的递进,酚类物质逐渐减少,其他物质(酮类物质除外)则逐渐增加。偏最小二乘判别分析结果表明,各轮次发酵酒醅在风味物质种类或数量上存在差异。相关性分析表明,P. kudriavzevii、Lactobacillaceae、S. cerevisiae间呈正相关,各功能菌与挥发性风味物质之间存在一定的相关性。

关键词:酱香型白酒;生产轮次;发酵过程;理化指标;功能菌;挥发性风味物质;相关性分析

酱香型白酒是我国主要白酒香型之一,其特点为酱香突出、幽雅细腻、酒体醇厚、回味悠长、空杯留香持久[1]。酱香型白酒生产工艺以“四高两长”为特点,包括高温制曲、高温堆积、高温发酵、高温馏酒、生产周期长、贮存时间长等[2-5]。酱香型白酒的生产以一年为一个生产周期,经过2次投料、9次蒸煮、8轮发酵、7次取酒。其中8个轮次的发酵,共经历下沙、糙沙、1~6轮次8次的堆积发酵和窖池发酵过程。各轮次气候、温湿度及物料状态等外部因素的差异导致酿酒微生物的差异,从而影响风味物质的代谢,造就了不同轮次基酒不同的风格特点。在酒醅堆积和窖池发酵过程中,酿酒微生物代谢产生白酒风味物质或前体物质,经发酵、蒸馏等环节带入基酒中。酒醅作为白酒发酵的重要介质,直接影响着酱香型白酒的产量和质量[6-8]。因此,解析不同轮次发酵酒醅中理化指标、功能菌及挥发性风味物质的变化及功能菌与理化指标、功能菌与白酒风味物质之间的相关关系,对于提高酱香型白酒产量和质量具有重要意义。

目前,主要通过高通量测序技术解析白酒酿酒介质中微生物组成及相对丰度。陈卓等[9]以洞酿酱香型白酒3轮次酒醅为研究对象,通过高通量测序技术和顶空固相微萃取(headspace solid-phase microextraction,HS-SPME)结合气相色谱-质谱(gas chromatographymass spectrometry,GC-MS)技术,探究酒醅发酵过程中微生物和挥发性风味物质的变化规律以及优势菌属与挥发性风味物质的相关性,结果表明曲霉属与大多数酯类物质呈极显著正相关(P<0.01),Priceomyces和乳杆菌属与十七烷酸乙酯呈极显著正相关(P<0.01)。张春林等[10]应用统计学方法研究了酱香型白酒2轮次堆积发酵过程中微生物群落与温度、水分、总酸、还原糖、淀粉含量等理化因子间的相关性,发现各项理化因子对不同种属微生物的调控作用存在差异。吴成等[11]以酱香型白酒4轮次堆积发酵酒醅为研究对象,采用传统可培养方法和高通量测序技术解析细菌和真菌群落组成,系统地分析了微生物群落、理化指标及风味化合物三者间的相互作用关系。但是高通量测序费用高,耗时长。相比而言,实时荧光定量聚合酶链式反应(realtime fluorescence quantitative polymerase chain reaction,qPCR)技术可绝对定量目标微生物,具有灵敏、快速等优点[12]。此外,目前针对酱香型白酒全周期多轮次发酵,同步解析理化、功能菌与风味物质及其相关性的研究尚不多见。

本研究以酱香型白酒生产8个轮次堆积和窖池发酵酒醅为研究对象,采用常规检测方法、qPCR技术、HS-SPME-GC-MS分别检测其理化指标、Lactobacillaceae、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、拜耳接合酵母(Zygosaccharomyces bailii)、粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)、库德里阿兹威毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)等功能菌数量及挥发性风味物质的变化,并探究功能菌与主要理化指标和风味物质的相关性,为制酒生产和工艺优化提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酒醅样品均采自贵州茅台镇某酱香型白酒生产企业,包括堆积发酵初期(D1)、中期(D2)、末期(D3)酒醅以及窖池发酵1(J1)、4(J2)、8(J3)、12(J4)、20 d(J5)及30 d(J6)酒醅样品。在堆积表层(腰线表面)、堆积近表层(腰线距表层20 cm处)以及深层(腰线距表层60 cm处)位置取样,并将样品等比例混合均匀,即为堆积发酵酒醅样品。分别在窖内上、中、下层3个位置取样,并按照等比例混合均匀,即为窖池发酵酒醅样品。

乙二胺四乙酸二钠、浓盐酸、氢氧化钠、Tris(均为分析纯)、2×AceQ Universal SYBR qPCR Master Mix 南京诺唯赞生物科技股份有限公司;土壤DNA提取试剂盒 德国QIAGEN公司;标准质粒 杭州擎科生物科技股份有限公司。其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

YXQ-75G高压灭菌锅 上海博迅医疗生物仪器股份有限公司;Microfuge 22R高速离心机 贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司;QuantStudio 3&5 qPCR仪 美国ABI公司;BBS-SDC超净工作台 济南鑫贝西生物技术有限公司;MIX-200涡旋混合器 拓赫机电科技(上海)有限公司;M-100生物传感器 深圳市西尔曼科技有限公司;Milli-Q超纯水仪 美国Millipore公司;Trace 1300-ISQ GC-MS仪 美国赛默飞世尔科技公司;IT-09A恒温磁力搅拌器 上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 理化指标测定

水分含量、酸度:分别参考QB/T 4257—2011《酿酒大曲通用分析方法》中的恒重法和电位滴定法测定[13];还原糖含量:参照T/CBJ 004—2018《固态发酵酒醅通用分析方法》[14]中的斐林试剂滴定法测定;乙醇含量:采用生物传感器检测[15]

1.3.2 功能菌数量测定

称取5.0 g酒醅样品于50 mL离心管中,加入35 mL无菌水,涡旋混合8~10 min。用无菌纱布过滤,滤液经高速离心(12 000×g、4 ℃、8 min),收集菌泥沉淀物。采用土壤DNA提取试剂盒抽提微生物的宏基因组DNA,以其为模板,对5种功能菌进行PCR扩增,所用特异性引物见表1。选取标准质粒103~1011 copies/mL梯度浓度为模板,用于构建标准曲线。PCR扩增体系:2×AceQ Universal SYBR qPCR Master Mix 10 μL、上、下游引物各0.4 μL、DNA模板2.0 μL,并以无菌水将反应体系补足至20 μL。S. cerevisiaeS. pombeP. kudriavzevii的定量分析均采用两步法(退火和延伸合并进行),即95 ℃预变性5 min;95 ℃变性10 s,60 ℃退火及延伸 30 s,共40个循环;Z. bailii和Lactobacillaceae的定量分析采用三步法,即95 ℃预变性5 min;95 ℃变性10 s,60 ℃退火30 s,72 ℃延伸1 min,共40个循环;每个反应结束后采集荧光信号。

表1 qPCR所用特异性引物信息
Table1 Information of specific primers for real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction

目标菌种引物序列(5′→3′)参文考献酿酒酵母SScc--RFACATATTGGAGATGGTCATTGGGTTTTGCCTGAGTAATTACATACGGGTG[16]拜酵耳接母合ZZbb--RFCGTCCACTGGCGCTAGCTGTATATGGTCGGGCTCAGA[17]粟酵酒裂母殖SSpp--RFAAGTCTGGAAACCGACAGAGGGAACAGAGAGGGCTTTCCA[17]威库德毕里赤酵阿母兹PPkk--RFAGGTTCTTGCACGGACGCGTCCGTCTTTTTCTACCAATCC[18]乳酸菌LLaacc--0045RFACGACCACGGTACTGAGCGAACAATTCGTGTACGCA[19]

1.3.3 挥发性风味物质检测

HS-SPME条件:称取酒醅2.0 g置于20 mL顶空瓶内,加入20 μL内标2-辛醇(0.827 9 mg/mL),60 ℃平衡15 min,采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头萃取45 min后插入进样口,250 ℃解吸附5 min。

GC条件:HP-INNOWAX毛细管色谱柱(60 m× 0.2 mm,0.33 μm),进样口温度250 ℃。升温程序为40 ℃保持3 min;以3 ℃/min升至150 ℃,保持2 min;再以5 ℃/min升至230 ℃,保持10 min。载气为高纯氦气,流速1 mL/min,不分流,恒流模式。

MS条件:传输线温度230 ℃,离子源温度250 ℃,电子电离源,电子能量70 eV,扫描范围为m/z 35~550。

定性定量方法:将检出化合物的质谱信息与NIST 20谱库进行对比,同时结合保留指数对化合物进行定性分析。采用内标法对挥发性物质进行定量分析。

1.4 数据处理

每个实验重复3次。采用Origin 2021处理数据并绘图;采用SIMCA 14.1软件进行偏最小二乘判别分析(partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA);使用OmicStudio工具(http://www.omicstudio.cn/tool)进行挥发性风味物质数据分析。

2 结果与分析

2.1 酱香型白酒不同轮次发酵过程中酒醅理化指标变化趋势

酒醅作为酱香型白酒酿造重要的基质,其水分、酸度、还原糖等理化指标可直接影响酿酒微生物的生长繁殖与代谢,进而关联酒体出酒率与成品酒品质,能够有效表征酒醅实际发酵进程与发酵状态[20-21]。由图1A可知,水分含量在堆积初期至窖池发酵结束的整个发酵过程中呈波动变化,且不同轮次差异较大。在下沙至2轮次期间水分质量分数较低,在37.76%~51.79%范围内,平均值为43.47%。在3~6轮次期间水分质量分数较高,在49.26%~54.92%范围内,平均值为53.11%,这可能与工艺控制有关,不同轮次调整加水量,从而控制轮次基酒的产量。在酒醅发酵过程中,酿酒微生物对淀粉、蛋白质、脂肪等生物大分子进行降解,通过有机酸代谢生成酸类物质[22-23]。酒醅酸度是反映发酵情况的重要指标,适宜的酸度不仅有利于酒醅的糖化和糊化过程,还有利于微生物的正常生长代谢,防止杂菌污染,进而有利于白酒品质的提升[24]。由图1B可知,在堆积初期至窖池发酵结束,酒醅酸度整体呈缓慢波动上升趋势,且随着发酵轮次的增加,酒醅酸度整体不断升高。下沙至糙沙期间酸度较低,在0.20~1.41 mL/g范围内(平均值为0.62 mL/g)。 1轮次开始酒醅酸度明显上升,最高达2.82 mL/g。2~6轮次酸度均处于较高水平,窖池发酵30 d时酒醅酸度可达2.84~4.42 mL/g。还原糖含量可表征酿酒微生物对单糖的利用情况。由图1C可知,在堆积及窖池发酵过程中,酒醅还原糖含量整体呈波动下降趋势,说明在该阶段酿酒微生物不断消耗糖类,用于生成白酒风味物质。下沙至糙沙期间,还原糖质量分数较低,在0.16%~1.35%范围内,平均值为0.62%。1~6轮次期间还原糖质量分数较高(平均值为1.39%),最高可达2.53%。乙醇是白酒的主体物质,由图1D可知,乙醇含量在整个发酵过程中整体呈波动上升趋势。下沙和6轮次酒醅中乙醇含量较低,均低于5.70 mg/g。 2~4轮次,酒醅乙醇含量较高(平均值为13.92 mg/g),最高可达21.40 mg/g。这也与酱香型白酒3~5轮次大宗酒产酒率较高相吻合[25]

图1 酱香型白酒不同轮次发酵过程中酒醅理化指标的变化
Fig.1 Changes in physicochemical indexes of fermented grains during fermentation of different rounds of sauce‑flavor Baijiu

2.2 酱香型白酒不同轮次发酵过程中酒醅功能菌数量变化趋势

不同轮次发酵过程酒醅中各功能菌数量的变化见图2。P. kudriavzevii又名东方伊萨酵母(Issatchenkia orientalis),具有较好的耐酸、耐高温性能,在多重压力胁迫下仍可保持优良的发酵特性[26-27]。由图2A可知,整体上,P. kudriavzevii在堆积发酵中期有较明显的增加,在窖池发酵阶段数量较为稳定,在窖池发酵30 d有轻微的下降趋势。不同轮次相比而言,下沙和糙沙阶段P. kudriavzevii数量整体高于其他轮次,最高可达9.59(lg(copies/g))。3~6轮次,P. kudriavzevii数量在5.85~8.71(lg(copies/g))范围内,而1、2轮次相对较低,P. kudriavzevii数量在5.71~6.98(lg(copies/g))范围内。Zhang Hongxia等[28]的研究表明,酿造环境是堆积发酵过程中Pichia的主要来源,其具有较好的耐受性,是酱香型白酒堆积发酵过程中的重要微生物群落。Lactobacillaceae是酱香型白酒酿造中普遍存在且出窖酒醅中占据绝对优势地位的细菌[29]。由图2B可知,整体上,Lactobacillaceae在堆积发酵末期和窖池发酵30 d均有下降趋势。下沙和糙沙阶段,Lactobacillaceae数量也整体高于其他轮次,最高可达10.94(lg(copies/g))。Lactobacillaceae属于兼性厌氧菌,相对于堆积发酵,其在氧气含量低的窖池发酵中占据主导优势[30]Z. bailii在白酒酿造中普遍存在[29,31],是酱香型白酒发酵过程中的优势菌种。由图2C可知,整体上, Z. bailii在堆积发酵末期呈下降趋势,在窖池发酵过程中其数量也缓慢下降。相对于其他轮次,2轮次Z. bailii数量整体最高,最高可达10.11(lg(copies/g))。 1、3~5轮次,Z. bailii数量在4.60~8.46(lg(copies/g)) 范围内;相比之下,下沙、糙沙和6轮次该菌数量最少,为3.28~6.61(lg(copies/g))。由图2D可知,整体上,S. pombe在堆积发酵中期有增加趋势,在随后的发酵过程数量缓慢下降。在糙沙至5轮次S. pombe数量整体较高,最高可达9.33(lg(copies/g))。 下沙期间该菌数量较少,在6.03~6.98(lg(copies/g))范围内。由图2E可知,在5株功能菌中,S. cerevisiae的数量最少。随着发酵的进行,其数量整体呈缓慢下降趋势,为2.49~6.59(lg(copies/g)),不同轮次变化规律不明显。

图2 酱香型白酒不同轮次发酵过程酒醅中功能菌数量的变化趋势
Fig.2 Changes in the abundance of functional microorganisms in fermented grains during different fermentation rounds of sauce-flavor Baijiu

2.3 酱香型白酒不同轮次发酵过程中酒醅挥发性风味物质分析

白酒发酵过程中酿酒微生物通过物质合成相关代谢通路上的酶类催化一系列生物化学反应,进而促进白酒风味物质的生成[32]。采用GC-MS从发酵酒醅样品中共检出145种挥发性风味物质,包括酯类69种、醇类22种、酸类17种、酮类10种、醛类8种、含氮类物质9种、酚类6种和其他类4种,各类物质含量在酱香型白酒不同轮次发酵过程中的变化见图3。由图3A可知,酯类物质含量最高,其在整个发酵过程中呈现波动上升趋势,从堆积发酵初期的6.08~56.29 μg/g增加至窖池发酵30 d的77.84~164.36 μg/g。不同轮次相比而言,下沙阶段酯类物质含量较少,而糙沙、1轮次、3轮次较高。酯类物质可为白酒增添花香、果香等风味[33]。由图3B可知,醇类物质在整个发酵过程中也呈现波动上升趋势,从堆积发酵初期的2.10~15.03 μg/g增加至窖池发酵30 d的39.09~66.23 μg/g。在下沙至1轮次醇类物质含量较少,而在2~4轮次其含量较高。由图3C可知,酸类物质含量在发酵过程中也呈现波动上升趋势,从堆积发酵初期的1.63~15.72 μg/g增加至窖池发酵30 d的10.76~60.19 μg/g,但其增长趋势不及酯类和醇类物质明显。整体对比不同轮次,1轮次酒醅酸类物质含量相对较高。醇类和酸类物质影响白酒的口感和后味,是形成酒体醇厚的重要物质[34]。由图3D可知,酮类物质在堆积发酵末期出现1个小高峰,随后下降且变化平缓。不同轮次相比,1、2轮次酮类物质含量整体相对较高。由图3E可知,醛类物质在堆积发酵初期含量较高,在0.76~11.35 μg/g范围内,随后下降,在窖池发酵期间含量较稳定,在0.52~6.00 μg/g范围内。不同轮次相比而言,下沙至1轮次醛类物质含量整体较少,2~6轮次其含量整体较高,3轮次窖池发酵30 d时醛类物质含量高达6.00 μg/g。由图3F可知,含氮化合物在整个发酵过程中整体呈缓慢波动下降趋势。各个轮次含氮类物质含量的差异明显,且随着轮次的递进,含氮化合物含量整体逐渐上升,即下沙至2轮次其含量较少,均低于2 μg/g,而3~6轮次含量较高,在1.56~4.62 μg/g范围内,平均值为3.07 μg/g。酚类物质是天然的抗氧化剂,因其可能有益于人类健康,引起了不少研究人员的关注,而且也能赋予酱香型白酒独特的风味、口感[35]。由图3G可知,酚类物质在酒醅中含量最少,除了在下、糙沙阶段窖池发酵30 d上升明显之外,其他轮次发酵过程中酚类物质含量变化均较平缓。不同轮次相比而言,下沙至1轮次其含量较高,窖池发酵30 d时,其含量为0.71~1.40 μg/g,而2~6轮次其含量均低于0.5 μg/g。

图3 酱香型白酒不同轮次发酵过程酒醅中各类挥发性风味物质含量的变化趋势
Fig.3 Changes in contents of various volatile flavor compounds in fermented grains during different fermentation rounds of sauce-flavor Baijiu

由图4A可知,自变量拟合指数(为0.688,因变量拟合指数(为0.887,模型预测指数(Q2)为0.869;由图4B可知,经过200次置换检验,Q2回归线的截距小于0,表明模型无过拟合,模型验证有效。此外,由图4A可知,不同轮次发酵酒醅按照发酵过程自右向左分散分布,其中下沙和糙沙酒醅部分重叠,4~6轮次酒醅部分重叠,其他轮次均可有效分离,说明除了最初的2个相邻轮次和最后的 3个相邻轮次酒醅在挥发性风味物质种类和数量上较为相近,其他轮次发酵酒醅在挥发性风味物质种类或数量上存在差异。

图4 酱香型白酒不同轮次发酵过程酒醅中各类挥发性风味物质 PLS-DA得分图(A)及200次置换检验结果(B)
Fig.4 PLS-DA score plot (A) and 200 permutation test results (B) of various volatile flavor compounds in fermented grains during different fermentation rounds of sauce-flavor Baijiu

变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)值可反映挥发性风味物质对模型分类的贡献程度[36]。以VIP>1.0、P<0.05作为筛选标准,从不同轮次酱香型白酒发酵酒醅中共筛选出80种主要差异挥发性风味物质。为了进一步分析该差异物质与轮次的相关关系,对该80种挥发性风味物质进行热图分析。由图5可知,下沙、糙沙、1轮次发酵酒醅中挥发性风味物质较少,下沙和糙沙发酵酒醅以花生四烯酸甲酯、13-甲基十四酸乙酯、1,4-雄烯二酮、杂环烯、十四酸乙酯、棕榈酸、苯乙烯、2-甲氧基-4-甲基苯酚、癸酸甲酯、十四酸甲酯等物质为主要特征挥发性风味化合物。1轮次发酵酒醅则以2-庚醇、2-甲氧基-4-甲基苯酚、4-乙基-2-甲氧基苯酚、乙酸异戊酯、正丁醇、辛酸甲酯、油酸乙酯为特征挥发性风味物质。2轮次开始,酒醅中挥发性风味物质明显增加。2轮次发酵酒醅以正壬醛、3-辛酮、1,3-丙二醇、乙酸庚酯、正壬酸、十五酸乙酯、反油酸乙酯、顺-5-十二碳烯酸、十四酸乙酯、棕榈酸为特征挥发性风味物质。3轮次开始酒醅中挥发性香气物质变得丰富且趋于稳定,尤其是酯类物质种类逐渐丰富。研究显示,对酱香贡献较大的2,3-丁二醇和造成轮次基酒焦糊香和焦糖香差异的苯甲醇等物质从3轮次酿酒开始含量逐渐突出[37]。3轮次开始富集的物质还包括棕榈酸乙酯、十四酸乙酯、亚油酸乙酯、十五酸乙酯、琥珀酸单乙酯等高级脂肪酸酯类物质及香草醛、香叶基丙酮和一些吡嗪类物质。吡嗪类物质是关键酱香型风味物质,其中2,3,5,6-四甲基吡嗪是主要的吡嗪类物质[38],其在3轮次之后的发酵酒醅中含量逐渐增加。

图5 酱香型白酒不同轮次发酵过程酒醅中挥发性风味物质热图
Fig.5 Heatmap of volatile flavor compounds in fermented grains during different fermentation rounds of sauce-flavor Baijiu

2.4 功能菌与理化指标和挥发性风味物质的相关性分析

由图6A可知,P. kudriavzeviiS. cerevisiae和Lactobacillaceae呈正相关,与Z. bailii呈负相关。吴成等[39]在酱香型酒糙沙轮次堆积发酵微生物研究中,也发现LactobacillusAcetobacterPichiaSaccharomyces之间呈显著正相关关系,与本研究结果一致。在酱香型白酒酿造过程中,Lactobacillaceae产生不易挥发的乳酸,乳酸含量不断积累,影响下一轮次的微生物结构[40]。而P. kudriavzevii等非酿酒酵母可以降低酒醅中的乳酸含量,起到调控乳酸含量的作用,从而促进S. cerevisiae的生长[41],缓解乳酸压力胁迫下发酵力不足的问题。Z. bailiiS. pombe均与乙醇呈现正相关关系,说明这 2株菌在乙醇生成方面起到关键作用。Z. bailii也曾被报道对高温、高酸、高浓度乙醇具有高耐受力,具有高效的发酵性能,是重要的乙醇贡献菌[42]。因为Z. bailii在酿酒体系中的生物量高于S. cerevisiae,因此被认为其产乙醇贡献可能胜过S. cerevisiae[42]。水分、酸度和还原糖与P. kudriavzevii、Lactobacillaceae、S. pombeS. cerevisiae均呈负相关关系。由图6B可知,P. kudriavzevii与酮类、醛类、醇类和含氮类化合物呈显著正相关 (P<0.05)。Pichia具有耐受低pH值、低水分活度、高渗透压和厌氧等的特点,适应于酿酒环境,也是酒醅发酵过程中产乙醇和其他白酒香气物质的主要功能菌 属[43]S. pombe与醇类和醛类物质呈显著正相关(P<0.05)。 S. cerevisiae与酸类、醇类物质呈显著正相关(P<0.05)。 Lactobacillaceae与酮类、含氮类化合物和醛类物质呈显著正相关(P<0.05)。在白酒酿造过程中,在多种功能微生物的共同作用下,挥发性风味物质得以丰富和积累。

图6 酱香型白酒不同轮次发酵酒醅中功能菌与理化指标和挥发性风味物质相关性分析
Fig.6 Correlation analysis between functional microorganisms,physicochemical indexes, and volatile flavor compounds in fermented grains during different rounds of sauce-flavor Baijiu fermentation

3 结 论

本研究利用qPCR技术定量分析酒醅中的P. kudriavzeviiZ. bailiiS. pombeS. cerevisiae和Lactobacillaceae等功能菌在不同轮次发酵过程中的生物量及其变化规律,结合酒醅功能菌与理化性质和风味物质的相关性分析。结果表明,在堆积和窖池发酵阶段,水分呈波动变化,酸度和乙醇含量逐渐增加,而还原糖则是逐渐下降。各轮次相比而言,酒醅水分含量从3轮开始,酸度从1轮次开始具有明显的增加趋势;还原糖含量在1轮次之后明显增加,乙醇含量则在2~5轮次含量较高。酒醅中P. kudriavzevii和Lactobacillaceae为绝对优势菌,且在下沙、糙沙阶段高于其他轮次,菌种数量可分别达到9.59(lg(copies/g))和10.94((lg(copies/g))。Z. bailiiS. pombe 在1~5轮次菌种数量较多,分别可达8(lg(copies/g))和9(lg(copies/g))以上。S. cerevisiae数量最少,随着发酵进行其数量缓慢下降,数量为2.49~6.59(lg(copies/g))。酯类、醇类和酸类是发酵酒醅中主要风味物质,且随着发酵的进行逐渐升高,而酮类、含氮类、酚类物质在发酵过程中波动较小。随着发酵轮次的递进,酯类、醇类、酸类、醛类、含氮类物质呈现逐渐增加的趋势,而酚类物质则逐渐减少。在酱香型白酒酿造过程中随着轮次的递进,酒醅中香气物质种类和数量开始增加,尤其从3轮次开始明显增多。酒醅发酵过程中P. kudriavzevii与Lactobacillaceae、S. cerevisiae正相关,功能菌与挥发性风味物质之间存在一定的相关性。本研究针对酱香型白酒不同轮次的堆积和窖池发酵过程,解析了各轮次发酵酒醅中功能微生物的演替规律及其与酒醅理化指标、风味物质之间的潜在联系,为酱香型白酒的酿造及质量控制提供了理论依据。

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Variations and Correlations of Physicochemical Indices, Functional Microorganisms and Volatile Flavor Compounds in Fermented Grains During Multi-round Fermentation of Sauce-Flavor Baijiu

SHAN Qimuge, LI Li, QIN Liqin, KANG Xinyue, ZHOU Xin, LIANG Shuying, TANG Ping*,LI Changwen, CHEN Peng, LU Anmou

(Guizhou Guotai Digital-Intelligence Liquor Group Co. Ltd., Zunyi 564501, China)

Abstract: Taking the fermented grains from stacking and pit fermentation of different rounds of sauce-flavor (Jiangxiangxing)Baijiu as research materials, physicochemical indices, functional microorganisms and volatile flavor compounds of fermented grains were analyzed using conventional detection methods, real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction, and headspace solid-phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry, and their correlations were further analyzed. The results showed that the moisture showed a fluctuating trend, the acidity and ethanol content increased gradually, while the reducing sugar decreased progressively, with significant differences among different fermentation rounds. The abundance of functional microorganisms presented a decreasing trend as fermentation proceeded, and varied greatly among rounds. Pichia kudriavzevii and Lactobacillaceae were identified as the absolutely dominant microorganisms in the fermented grains, with higher relative abundance in the initial two rounds (Xiasha and Zaosha) than in other rounds. Zygosaccharomyces bailii and Schizosaccharomyces pombe maintained relatively high relative abundances from the 1st to the 5th fermentation round. Saccharomyces cerevisiae exhibited the lowest relative abundance. Esters, alcohols, and acids were the main volatile flavor compounds in the fermented grains, which increased continuously with the advancement of fermentation, while the other substances exhibited relatively minor fluctuations. As the fermentation rounds progressed, the phenols were gradually reduced, whereas the other flavor components (excluding ketones) elevated gradually. Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) results revealed obvious differences in the species and number of flavor compounds in fermented grains among different rounds. Correlation analysis indicated that P. kudriavzevii, Lactobacillaceaeeae and S. cerevisiae were positively correlated with each other, and certain correlations existed between the functional microorganisms and volatile flavor compounds.

Keywords: sauce-flavor Baijiu; brewing production rounds; fermentation process; physicochemical indices; functional microorganisms; volatile flavor compounds; correlation analysis

收稿日期:2025-05-23

基金项目:贵州省科技计划项目(黔科合中引地[2025]016)

第一作者简介:山其木格(1979—),女,高级工程师,硕士,研究方向为白酒发酵。E-mail: sqmg 790309@163.com

*通信作者简介唐平(1991—),女,高级工程师,博士,研究方向为发酵工程。E-mail: 2497889150@qq.com

DOI: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.05.008

中图分类号:TS262.3

文献标志码:A

文章编号:0254-5071(2026)05-0056-09

引文格式:山其木格, 李莉, 秦立芹, 等. 酱香型白酒不同轮次发酵过程中酒醅理化指标、功能菌与挥发性风味物质变化及其相关性[J]. 中国酿造, 2026, 45(5): 56-64. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.05.008. http://www.chinabrewing.net.cn

SHAN Qimuge, LI Li, QIN Liqin, et al. Variations and correlations of physicochemical indices, functional microorganisms and volatile flavor compounds in fermented grains during multi-round fermentation of sauce-flavor Baijiu[J]. China Brewing, 2026, 45(5): 56-64. (in Chinese with English abstract) DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.05.008. http://www.chinabrewing.net.cn