发酵中国白梨（Pyrus × bretschneideri）中微生物组动态与香气演变之间的关联：一项综合的挥发组学与微生物组分析

本研究系统调查了河北主产区三种白梨品种（雪梨、黄冠、雅梨）的酿造特性，分析发酵过程中挥发性成分动态变化及微生物群落演替规律，筛选出具有显著增香功能的菌株。结果表明“雪梨”加工品质最优，鉴定出6种特征发酵香气物质（2,3-丁二醇、己醛、癸酸乙酯等），并揭示关键微生物（酿酒酵母F:OTU235、植物乳杆菌B:OTU118）与特征香气正相关性。通过解析糖酸代谢与微生物群落互作机制，为梨酒工艺优化提供理论支撑。

作者：颜子茹、宋飞、赵江丽、张梦倩、关俊峰、李晨、李东瑶、田洪涛

河北农业大学食品科学与技术学院，中国河北省保定市071000

摘要

梨酒的风味具有地域特性，香气不足且不稳定是影响其品质的关键问题。其独特香气的作用以及本地微生物对地域风味形成的贡献尚未得到充分研究。本研究比较了代表性白梨的酿造特性，深入分析了发酵过程中香气化合物的变化及其与微生物群落的关系，并成功筛选出了具有增香功能的菌株。结果表明，“雪花”品种具有最佳的加工品质。共鉴定出6种特征性发酵香气化合物，包括2,3-丁二醇、己醛、乙基辛酸酯等。核心微生物逐渐聚集，主要包括酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、汉森孢子菌（Hanseniaspora）和乳链球菌（Leuconostoc）等。酒精和总酸含量与真菌密切相关，而还原糖含量与细菌密切相关。除己醛外，其他特征性香气化合物与F:OTU235呈正相关；乙基己酸酯和乙基辛酸酯与B:OTU118呈正相关。酿酒酵母（F:OTU235）和植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）（B:OTU118）对香气积累有显著贡献。

引言

梨在全球范围内广泛种植，有超过80个国家和地区从事梨的生产。根据FAOSTAT的数据（2026年），中国（973,085公顷）、印度（35,023公顷）和土耳其（22,258公顷）是梨种植面积最大的三个国家。中国是亚洲梨的主要产地之一（如Pyrus pyrifolia、Pyrus bretschneideri、Pyrus ussuriensis和Pyrus sinkiangensis）（Korban, 2019），在种植面积和产量上均居世界首位。河北省是一个重要的梨生产区，其独特的地理和气候条件有利于白梨的生长。主要栽培品种包括“鸭梨”（Yali）和“雪花”（Xuehua），以及新品种“黄冠”（Huangguan）。梨属于呼吸跃变型水果，收获后极易变质，保质期短，冷链运输和储存成本较高。仅在中国，果蔬在采后流通过程中的损失率就高达20%–30%。深度加工可以突破新鲜食品的时间和空间限制，是减少采后损失、节约农业资源和提高经济价值的有效手段。因此，关于水果储存、保鲜和深度加工的研究仍然是一个重点。目前，系统研究不同梨品种加工特性的研究较少，梨制品的加工大多停留在初级阶段，如梨汁和罐头产品。近年来，关于梨酒和梨醋生产的生物技术研究逐渐增多。低酒精水果酒越来越受到年轻消费者的青睐，但梨酒仍然相对较少。与葡萄酒和苹果酒相比，梨酒的品种和风味质量方面的研究基础较为薄弱。

苹果酒起源于欧洲，因其独特的口感和多样的风味而备受推崇，成为全球最受欢迎的饮料之一（Zuo等，2019）。除了苹果酒之外，还有其他类型的苹果酒，每种都有其独特的风味特征（Han & Du, 2023），如梨酒（Guerrini等，2022；Kliks等，2020）、草莓酒（Lv等，2024）、黑醋栗酒（Kelanne等，2022）和蓝莓酒（Wang等，2023）。现代苹果酒酿造工艺日益复杂和技术先进，以确保其品质和风味的稳定性。现代苹果酒酿造技术主要分为两种方法：一种方法是使用新鲜苹果改进传统酿造工艺，其核心原理仍基于葡萄酒酿造技术；另一种方法是使用浓缩苹果汁进行酿造。尽管每种苹果酒都有其独特的特点，但与传统酿造的苹果酒相比仍存在显著差异。浓缩苹果汁虽然在糖分含量上具有优势，但缺乏酸和单宁带来的复杂性，而这些成分对苹果酒的风味结构和个性至关重要。使用浓缩苹果汁酿造的苹果酒香气不够理想，可能是因为苹果未经浸泡处理，以及长时间加热和浓缩导致香气前体物质破坏。此外，澄清过程去除了蛋白质等含氮成分，而这些成分是酵母发酵过程中必需的营养物质。这些缺陷要求酿酒师在生产过程和配方设计上进行调整，以生产出高质量的苹果酒。

香气是决定果酒感官品质和风格的关键因素，也是评估整体品质和典型性的重要标准。识别果酒香气的来源和影响因素对于开发其独特风味具有重要意义。果酒香气来源于三类：品种香气、发酵香气和陈酿香气（Tan等，2024）。果实品种显著影响果酒的风味，这不仅与果实种类有关，还与生长条件和土壤有关（Alexander等，2016；García-Izquierdo等，2024；Pretorius等，2019；Zhang, Liu等，2023）。发酵菌株及其代谢活动对发酵香气的形成至关重要，它们释放的挥发性化合物增强了葡萄酒风味的复杂性和多样性。法国苹果酒通常味道更甜，风味更为细腻，其生产过程仅使用本地酵母；而英国苹果酒的生产则需接种商业酵母，从而实现更快速、更完全的发酵过程（Coton等，2016）。葡萄特异性微生物群落在塑造葡萄汁发酵特性方面起着关键作用（María Laura Raymond Eder等，2025）。陈酿过程进一步提升了果酒的整体风味品质。装瓶后，葡萄酒在微氧环境中继续发展其陈酿香气。

传统酿造方法，尤其是在旧世界苹果酒中的方法，采用自然发酵，不添加任何添加剂或控制发酵过程。随着人们对具有独特风味苹果酒的兴趣增加，多项研究聚焦于自发发酵（Ellis等，2022；Le Quéré等，2006；Qin等，2018）。野生酵母在早期发酵中起重要作用，为这些苹果酒带来了复杂的香气。为了获得更丰富的香气，发酵通常在较冷的季节进行，这与中国传统黄酒和日本清酒的酿造方法类似。虽然传统方法能提供更优质的产品，但在大规模生产和保持品质一致性方面存在挑战。当前研究已经证实了果实品种、菌株、发酵和陈酿对果酒香气的影响（González等，2018；Jolly等，2014）。然而，发酵过程中香气成分的迁移和转化、微生物代谢途径、香气的协同机制以及影响香气稳定性的外部因素仍不明确，这阻碍了通过酿造技术和调控方法改进果酒香气。目前，香气不足、劣化和不稳定性是果酒品质的主要缺陷。

本研究从河北省的梨生产区选择了三种主要白梨品种进行自发发酵。在不同发酵阶段评估了它们的理化参数、挥发物和微生物多样性，并分离出发酵环境中的优势微生物以评估其产香能力。研究的主要目的是探讨白梨的加工特性、发酵过程中挥发性化合物和微生物群落的变化，鉴定特征性香气化合物，并揭示与这些化合物相关的关键微生物。此外，本研究旨在阐明微生物代谢与香气之间的关系，为未来提升和稳定梨酒香气提供理论依据，为果酒产业的发展奠定坚实基础。

实验材料

实验材料

选择了来自河北省赵县和博头的三种梨品种：“雪花”（Xuehua）、“黄冠”（Huangguan）和“鸭梨”（Yali），均属于Pyrus × bretschneideri品种。3-壬酮标准品购自TCI（上海，中国）。其他试剂均为分析级或以上。

自发发酵梨酒的制备

选取了“雪花”、“黄冠”和“鸭梨”进行加工，包括清洗和压榨等步骤。

发酵参数

发酵参数如图1所示。SSC（总糖分）包括单糖、双糖和多糖等可溶性糖分，用于评估果实的成熟度。梨的成熟度达到最佳（13.9–15.1% Brix）。从第9天起，SSC逐渐下降并趋于稳定。RS（糖度）用于评估果酒的发酵过程，其数值在1–5天内波动后逐渐下降，最终降至4 g/L以下。

结论

本研究分析了不同品种梨在发酵早期的挥发物组成，发现醛类化合物含量最高。酯类和醇类化合物在发酵中期和后期含量增加。共鉴定出87种挥发物化合物，其中26种具有区分不同品种和发酵阶段的作用。

作者贡献声明

颜子茹：撰写初稿、软件使用、方法设计、数据整理。 宋飞：软件操作。 赵江丽：方法设计。 张梦倩：数据整理。 关俊峰：资源提供。 李晨：研究指导。 李东瑶：撰写、审稿与编辑、研究指导。 田洪涛：资源提供、资金争取。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了河北省自然科学基金（项目编号C2023204178、C2024204066）、河北省重点研发计划（项目编号20327112D）以及河北省现代农业产业技术创新团队苹果创新计划（项目编号HBCT2024150207）的支持。