酱香型是中国传统酿造酒的主要香型，酱香型白酒因其口感醇厚、香气悠长而受到消费者的青睐，这些特点是由于在发酵过程中产生了许多风味化合物。大曲在白酒生产中起着促进底物糖化和发酵的关键作用。在大曲的发酵过程中，由于发酵室温湿度的变化、发酵水平的不一致等原因,可以分为3种不同颜色的大曲。本研究采用高通量测序和代谢组学技术，对3种类型茅台大曲的微生物多样性和代谢产物进行了分析，用于阐明三种类型茅台酒大曲的差异，为茅台酒的生产提供科学依据。

2025年1月25日，由贵州茅台集团科学技术研究院Chao Chen为第一作者，在《Food Chemistry: X》上发表题为“Characterizing the microbial community constructure and the metabolites among different colour Moutai Daqu.”的文章，通过研究分析不同类型茅台酒大曲的多样性，细菌群落差异，三种大曲主要功能及差异代谢物，优势菌与代谢产物的相关性，为茅台酒生产中不同类型大曲的多样性提供了有价值的数据，并为优化生产工艺提供了思路。

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一、不同类型茅台酒大曲的多样性

茅台大曲因发酵时温湿度差异，形成三种不同颜色：黄曲（约80%）、白曲（10–15%）、黑曲（1%）。它们不仅外观不同，内部的微生物群落组成、功能酶活性和代谢产物也存在显著差异。研究发现，三种大曲在高温发酵下均以厚壁菌门（Firmicutes）为主，显示其对极端环境具有高度适应性。

图1.(A)三种类型茅台酒曲酒的ASV的Venn图。（B）三种类型茅台酒曲酒的Chao多样性指数。（C）三种类型茅台酒曲

图1.(A)三种类型茅台酒曲酒的ASV的Venn图。（B）三种类型茅台酒曲酒的Chao多样性指数。（C）三种类型茅台酒曲酒的Shannon多样性指数。

二、细菌群落差异

高通量测序揭示：

黄曲：优势菌属为克罗彭施泰特氏菌属，相对丰度达 71.16%，多样性最低。白曲：主要为芽孢杆菌属，其次有海洋芽孢杆菌属，群落结构复杂，菌属种类丰富。黑曲：以枝芽孢杆菌属和岩生芽孢杆菌属为主，也有海洋芽孢杆菌属，微生物多样性高。黄曲的微生物种类最少，可能因为其位于发酵室温度适中的区域；而黑曲位于高温区域，因此形成独特微生态结构。PCA分析也支持三种大曲微生物群落结构具有明显分异。

图2.(A)3种类型大曲的主成分分析。（B）3种类型茅台酒大曲细菌群落在门水平上的Bar图。（C）3种类型茅台酒大曲细菌群落在属水平上的Bar图。（D）3种类型茅台酒大曲中排名前35位的属的热图可视化。

三、三种大曲主要功能及差异代谢物

功能性上，三种大曲在液化、糖化、发酵和酯化能力上存在差异，主要与菌属和其表达的关键酶相关：液化和糖化能力：白曲和黑曲强于黄曲。白曲中芽孢杆菌丰富，其产生的糖化酶（如α-葡萄糖苷酶）增强了对淀粉的分解能力。发酵能力：黑曲最高，其富含发酵相关酶基因（如丙酮酸脱氢酶、乙醛脱氢酶等）。酯化能力：黄曲的酯化酶含量相对较高，但总体而言，黑曲和白曲在酯化能力上更平衡。

代谢物方面，通过代谢组学共检测到253种不同代谢物：黄曲：富含呋喃醇、2,3-二甲基吡嗪等风味化合物；上调代谢物中以芳香族化合物和脂类为主。黑曲：脂类和有机酸含量最高，代谢物种类最丰富；如 (+/−)12(13)-DiHOME、亚油酸等，有益于风味和功能性。白曲：虽代谢物种类相对中等，但在提升糖化和产酒效率方面作用显著。在氨基酸和其衍生物方、黄曲：提升了 L-丙氨酰-L-赖氨酸、哌啶酸的含量。黑曲：N-乙酰亮氨酸、甜菜碱等显著上调。白曲：甜菜碱、蛋氨酸亚砜等有代表性。

图3.大曲主要功能相关基因丰度热图。

图4.（A&B）三类茅台酒大曲代谢物的PCA和PLS-DA。（C）黄、黑茅台酒大曲中差异代谢物的火山图。（D）黄、白色茅台酒大曲中差异代谢物的火山图。（E）黄、黑茅台酒大曲中差异代谢物的热图分析。（F）黄、白色茅台酒大曲中差异代谢物的热图分析。（Y：黄大曲，B：黑大曲，W：白色大曲）

四、优势菌与代谢产物的相关性

通过皮尔森相关分析发现：黄曲中克罗彭斯特德菌与多种氨基酸、脂类呈显著正相关，提升风味相关代谢物的合成。黑曲中的火山渣芽胞杆菌和海洋芽孢杆菌与多种氨基酸、脂类显著正相关，表明其在形成复杂风味物质中扮演核心角色。白曲中的芽孢杆菌对糖化类代谢物（如葡萄糖生成中间体）关联性强，有利于酒精产量的提升。

图5.三类茅台酒大曲生物标志物与脂肪酸、氨基酸及其衍生物的相关网络图。（r <-0.7，p < 0.05）。

总结

本研究采用高通量测序技术和代谢组学技术对三种类型茅台酒大曲进行了研究，以阐明它们的功能差异。结果表明，3种茅台酒大曲的微生物组成、主要微生物、重要功能（液化、糖化）、代谢产物等均存在明显差异，对茅台酒的风味和质量有不同的贡献，为后期相关研究提供了可行的思路。

发布于：贵州省