时间代谢组动态与微生物功能机制揭示了用于区分中温和高温环境中大曲（daqu）成熟阶段和类型的生物标志物

《Food Research International》：Temporal metabolomic dynamics and microbial functional mechanisms unravel biomarkers for distinguishing maturation stages and types in medium- and high-temperature daqu

　　Daqu成熟过程中，中温和高温型通过多组学分析揭示微生物群落 succession（MD以Saccaropolyspora和Bacillus为主导，HD以Kroppenstedtia和Virgibacillus为优势菌）驱动代谢差异：MD富集苯丙烷类和支链氨基酸衍生物，以四甲基吡嗪和乙酸为特征代谢物；HD则积累肽类和甾体化合物，以苯甲醛和甲基十六烷酸酯为标志。研究证实温度通过调节微生物酶活性（如EC4.1.1.5和EC3.1.1.3）重塑代谢通路，建立Daqu品质精准评估框架。

　　

陈晓娇| Tie宇| 杨倩| 吴正云| 徐文良| 张子军| 朱峰| 高见和纪| 张文雪

四川大学生物质量科学与工程学院，中国成都610065

摘要

大曲的成熟过程对于形成中国白酒特有的风味至关重要，但其背后的微生物代谢机制尚未完全明了。本研究采用综合多组学方法，探讨了中温（MD）和高温（HD）大曲在陈化过程中的代谢异质性，并识别出差异性生物标志物。理化分析显示，MD具有更强的糖化能力，而HD则表现出更强的酯化能力和酸度动态变化。微生物演替和宏基因组分析揭示了不同的演替模式：MD主要由Saccharopolyspora和Bacillus主导，而HD则含有嗜热菌属Kroppenstedtia和Virgibacillus。共现网络分析表明HD的连通性更高，模块性更低，这表明其适应了高温环境。通过VIP和OAV分析，我们确定了能够区分大曲类型和成熟阶段的关键香气生物标志物。四甲基吡嗪和乙酸是MD的特征成分，而苯甲醛和甲基十六烷酸则是HD的特征成分。非靶向代谢组学分析进一步表明，MD富含苯丙素类化合物和支链氨基酸衍生物，而HD则积累了肽类和甾体相关化合物。综合分析表明，这些代谢变化直接由微生物酶活性（如EC 4.1.1.5、EC 3.1.1.3）驱动。这些发现建立了温度驱动的微生物功能特化与代谢产物之间的因果关系，并为大曲的质量精准评估提供了生物标志物框架。

引言

大曲是一种复杂的砖状发酵启动剂，是生产大多数传统蒸馏酒——白酒所必需的糖化、发酵和风味生成剂（Xing等人，2025年；Zhu、Chen、Peng等人，2023年）。其独特的微生物群落（细菌、酵母和丝状真菌）、酶系统以及积累的代谢物共同驱动淀粉转化、酒精发酵，并生成构成白酒复杂风味的基础的多种挥发性和非挥发性化合物（Huang等人，2025年）。大曲的质量直接决定了最终蒸馏酒的感官和化学特性（Ban等人，2022年）。初次发酵后，大曲需要在受控条件下进行储存，这一过程称为陈化或成熟（Dong等人，2024年）。这一后发酵成熟阶段对于稳定微生物群落、促进酶反应（如美拉德反应、酯化反应）以及消除不希望存在的挥发性化合物至关重要（Wei、Sun等人，2025年）。因此，成熟显著增强了大曲的功能性、风味前体的富集度及其在后续白酒发酵中的适用性（Zeng等人，2025年）。

尽管大曲的重要性已被广泛认可，但在这一关键成熟期间发生的具体生化动态和微生物代谢变化仍不够明确。以往关于大曲的研究主要集中在初次发酵期间的微生物群落演替（Deng等人，2025年；Gong等人，2025年；Wei、Wen等人，2025年）或成熟产品的特性分析（Yuan等人，2025年）上。然而，关于大曲内部代谢异质性——即代谢物谱的空间和时间变化——尤其是中温大曲

样本收集

大曲样本分别来自两种不同的发酵温度区域。具体来说，HD样本包括发酵终点样本（HD_0）以及陈化一个月（HD_1）、两个月（HD_2）和三个月（HD_3）的样本，均来自中国贵州仁怀的一家酱香型白酒酿酒厂。MD样本同样包括发酵终点样本（MD_0）以及陈化一个月（MD_1）、两个月（MD_2）和三个月（MD_3）的样本。

MD和HD在陈化过程中的理化性质变化

在陈化过程中（T₀：发酵终点；T₁至T₃：1至3个月），MD和HD的理化性质发生了显著变化（图1）。MD的含水量从T₀到T₂下降，然后在T₃时上升。相比之下，HD的变化更为剧烈：从T₀到T₁含水量下降，T₂时上升到12.91±0.22克/100克，随后在T₃时下降到11.20±0.38克/100克（图1A）。HD在T₂时含水量较高可能与其生产过程有关。

结论

本研究揭示了大曲成熟过程中受温度驱动的微生物和代谢动态差异。MD主要由Saccharopolyspora和Bacillus主导，它们负责产生吡嗪和酸类物质；而HD则含有嗜热菌属Kroppenstedtia和Virgibacillus，这些菌株促进酯类合成。微生物网络的连通性在HD中更高，表明其在高温下的功能特化更强。

关键的是，这些代谢轨迹直接受到微生物酶活性的调控

作者贡献声明

陈晓娇：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、数据管理、概念构建。Tie宇：撰写——审稿与编辑、方法学设计、数据管理、概念构建。杨倩：数据可视化、结果验证、方法学设计。吴正云：结果验证、监督工作。张子军：资源获取、实验设计。朱峰：结果验证、实验设计。高见和纪：结果验证、实验设计。

未引用参考文献

Wang等人，2024年

利益冲突声明

作者声明没有可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：32472310）的支持。