微生物代谢是食品风味化合物生物合成的核心驱动力，其通过酶催化、底物转化及次级代谢途径塑造发酵产品的香气与感官特征。本研究针对中高温大曲（Daqu）发酵体系，系统解析了室温、功能微生物与特征风味代谢物之间的复杂互作关系。研究人员在发酵车间开展环境参数连续监测，并结合多组学分析证实，室温与湿度的协同调控是保障大曲品质稳定的关键因素。通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS），研究鉴定出4种关键风味化合物：2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、苯乙醇、2,3-丁二醇及四甲基吡嗪（TTMP）。基于京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路重构与宏转录组学分析，研究人员将功能酶编码基因溯源至毕赤酵母属（Pichia）、柠檬明串珠菌属（Limosilactobacillus）、横梗霉属（Lichtheimia）及根霉属（Rhizopus）。进一步构建的结构方程模型（SEM）证实，室温主要通过影响毕赤酵母属的丰度间接调控风味化合物的合成。上述发现阐明了温度介导的大曲微生物演替与风味代谢调控机制，为揭示传统白酒发酵原理、优化酿造工艺及提升产品风味质量提供了科学依据。
本研究聚焦中高温大曲这一浓香型白酒核心发酵剂，针对当前传统发酵过程环境-微生物-风味互作机制不清、精准调控缺乏理论支撑的问题，由南京工业大学的研究团队开展系统性解析。研究以江苏汤沟两相和酒业有限公司生产的中高温大曲为样本队列，覆盖33天完整发酵周期，旨在阐明温度动态变化如何驱动微生物群落演替并定向调控特征风味形成，最终为白酒固态发酵的智能化控制与品质提升提供科学范式。相关成果发表于《Journal of Food Composition and Analysis》。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：1. 多时间点动态采样策略，于发酵第1、3、7、13、17、23及33天采集大曲样本，消除空间异质性；2. 发酵车间环境多参数在线监测系统，实时记录大曲堆芯温度、室温、湿度及气体浓度；3. 宏基因组学与宏转录组学联合测序分析，解析微生物群落结构与基因表达活性；4. 顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME-GC-MS）进行风味组分定性与定量分析；5. 结构方程模型（SEM）构建，量化环境因子、微生物类群与风味物质间的因果路径关系。
研究结果部分，首先通过3.1 大曲发酵过程中环境因子的动态监测与分析 发现，发酵过程呈现典型的三阶段模式：前期缓慢期（P1：1-7天）以微生物富集为主，中期高温发酵期（P2：7-23天）维持持续高温，后期缓慢期（P3：23-33天）温度逐渐回落。大曲堆芯温度峰值达55.4℃，室温峰值约48.3℃。气体浓度变化反映微生物呼吸代谢动态，二氧化碳浓度在第17天达到峰值（约0.88×104 ppm），氧气浓度同期降至最低（约19.2×104 ppm）。
在3.2 大曲发酵全程典型香气化合物的动态变化 中，GC-MS共鉴定出140种挥发性组分。其中2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、四甲基吡嗪（TTMP）、苯乙醇、2,3-丁二醇及乙醇含量较高且动态变化显著。风味组分分类雷达图显示，酮类在第3天最丰富，酸类和酯类在第7天占主导，醇类在第13天达峰值，酚类和吡嗪类在第17天积累最多，醛类则在第23天含量最高。
3.3 大曲发酵过程中微生物群落结构的演替动态 表明，发酵全周期共有2532个微生物属持续存在。优势菌属包括根霉属（Rhizopus）、横梗霉属（Lichtheimia）、变形杆菌属（Proteus）、植物乳杆菌属（Lactiplantibacillus）、毕赤酵母属（Pichia）等。冗余分析（RDA）证实，二氧化碳、室温及大曲堆芯温度是驱动群落演替的核心因子，且与中、后期样品呈显著正相关。共发生网络分析进一步揭示，大曲堆芯温度是驱动真菌群落演替的关键参数，其中横梗霉属和根霉属对室温波动最为敏感。
3.4 优势微生物属对风味代谢的功能贡献 通过代谢通路重构得以明确。木质素/纤维素经EC 4.1.1.102催化生成阿魏酸，最终转化为2-甲氧基-4-乙烯基苯酚；淀粉/碳水化合物经糖酵解途径生成丙酮酸，进而转化为乙偶姻，并被还原为2,3-丁二醇；蛋白质/多肽降解生成的氨基酸经转氨、脱羧等反应生成苯乙醇等高醇类物质。功能贡献量化分析显示，毕赤酵母属主导发酵早期的风味前体转化，柠檬明串珠菌属（Limosilactobacillus）驱动中期的醇酸合成，横梗霉属和根霉属则负责高温期TTMP前体乙偶姻的生物合成，形成“酵母主导早期转化、乳酸菌主导中期代谢、霉菌主导后期增香”的协同代谢模式。
3.5 环境对大曲发酵过程中微生物群落及关键风味化合物的调控效应 通过结构方程模型（SEM）得到验证。基于气味活度值（OAV）筛选出的4种关键风味化合物（2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、苯乙醇、2,3-丁二醇及TTMP）受微生物群落特异性调控。室温作为核心驱动因子，对毕赤酵母属表现出强烈负调控作用（p < 0.01）。模型对四种风味物质的解释力高达R2 = 0.803–0.970，证实室温主要通过抑制毕赤酵母属丰度间接调控风味形成。
讨论部分总结指出，本研究系统厘清了中高温大曲发酵中“温度-微生物-风味”的级联调控机制。温度不仅是微生物群落的选择性过滤器，也是美拉德反应的关键催化剂，而湿度则通过调节基质水分影响微生物呼吸与酶活性。研究明确了毕赤酵母属、柠檬明串珠菌属、横梗霉属及根霉属为关键功能微生物，并揭示了TTMP在高温下由乙偶姻经非酶促缩合形成的化学途径，以及2,3-丁二醇主要由根霉属介导的酶促合成途径。相较于既往仅关注群落静态组成的描述性研究，本研究结合宏转录组学与结构方程模型，首次量化了室温通过调控毕赤酵母属丰度间接决定风味代谢的因果路径，填补了传统发酵过程定量调控理论的空白。
结论部分翻译如下：微生物代谢活动是大曲风味形成的核心驱动力，其通过酶促反应、底物转化及次级代谢途径显著影响大曲的香气特征与感官品质。本研究旨在解析环境调控大曲风味化合物合成的途径，并利用多组学技术系统阐明了温度、功能微生物与特征风味物质之间的互作关系。首先，研究人员在发酵车间建立环境监测系统并整合宏基因组测序结果，证实室温与湿度的协同作用是保障大曲发酵品质稳定的关键。其次，应用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）鉴定出中高温大曲发酵过程中的关键风味化合物：2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、苯乙醇、2,3-丁二醇及四甲基吡嗪（TTMP）。此外，基于京都基因与基因组百科全书（KEGG）数据库构建了风味合成的关键代谢通路，并通过宏转录组分析溯源了关键功能酶的微生物来源，即毕赤酵母属（Pichia）、柠檬明串珠菌属（Limosilactobacillus）、横梗霉属（Lichtheimia）及根霉属（Rhizopus）。最后，采用结构方程模型（SEM）揭示室温对风味的影响主要通过调控毕赤酵母属的丰度间接实现。本研究为深入阐明传统白酒发酵机理、优化工艺参数及提升产品风味质量提供了重要的理论参考与实践指导。
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