白酒是我国传统发酵饮品的典型代表,其独特的酿造工艺是中华民族长期生产实践的智慧结晶,更是传统文化的重要载体[1-3]。白酒按香型可分为酱香、浓香、清香、米香等多种类型,其中酱香型白酒的传统酿造工艺最为复杂,耗时最长,浓郁的酱香风味尤为突出[4]。目前,酱香型白酒核心产区集中于四川、贵州等地,北京、黑龙江、山东等北方地区也有酱香型白酒生产。研究发现,酱香型白酒的酱香味与高温大曲的关系十分密切:在白酒酿造过程中,高温大曲作为糖化剂和发酵剂,其中的细菌、酵母和霉菌等微生物菌群结构、组成随着发酵进程而不断地演替变化[5-9],而酿造微生物的生长与相互作用,驱动着原料中的淀粉等物质转化成为醇、酸以及种类与数量均十分丰富的酯类等物质,赋予酱香型白酒独有的风格特点[10-11]。高温大曲的品质优劣直接影响着酱香型白酒的生产。

许多研究者探究了影响高温大曲品质的相关因素。大曲生产过程中,发酵阶段微生物群落组成受到多种因素的影响,包括水分、温度、pH值等,因而水分含量、酸度、pH值等理化指标以及酯化力、糖化力、发酵力等生化指标可作为衡量大曲品质的重要标准[12]。另外,环境开放的制作过程可富集多种微生物,而微生物的组成与多样性不可避免地影响着大曲品质。刘文虎等[13]利用宏基因组学对比了不同等级大曲微生物群落组成情况,发现一级大曲中丝状真菌的相对丰度较高,二级大曲中乳酸菌相对丰度较高。

还有研究表明,大曲生产的地域性、季节性导致所酿造的酱香型白酒风格产生差异。北方生产的酱香型白酒与南方产区的相比,口感更为清爽、绵甜,其主要原因可能是白酒酿造过程中所添加大曲的差异性,不同地区生产大曲的微生物组成、风味物质以及理化指标均存在差异[14-16],进而影响了白酒产品所呈现的风味[17-18]。Fu等[19]利用高通量测序技术研究了夏季和秋季生产的大曲中微生物群落、理化指标和挥发性化合物的关系,发现秋季是生产大曲的最好季节。Pang等[20]利用高通量测序技术研究了北方3种不同颜色的高温大曲的理化指标、挥发性风味物质和微生物特征之间的关系,发现黄曲中的风味物质含量最高。目前,对于北京和贵州地区高温大曲品质相关指标的差异性报道较少,阐明北京和贵州地区高温大曲的微生物群落结构组成、风味物质组成以及理化指标的差异,对于解析南北方酱香型白酒的风格差异的根本原因具有重要作用。

本研究拟采用高通量测序技术及顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术对南北地区2种酱香型大曲的理化性质、微生物群落及风味化合物进行对比分析,阐明2种酱香型白酒大曲风味差异的根本原因,采用Spearman相关性分析微生物与风味代谢途径之间的潜在联系,系统解析南北地区酱香型大曲的功能差异特征,为探索不同地区白酒酿造生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本实验高温大曲采集自北京华都酒业集团有限责任公司和贵州某酒厂大曲,大曲样品均为储存6个月的成品曲(华都酒厂大曲命名为BJ)和对照大曲(贵州某酒厂大曲命名为GZ)。整块大曲经粉碎后各取样100 g,采样时间为2020年7月。部分样品存放于4 ℃冰箱,用于大曲理化性质及风味物质含量分析,其余样品于-80 ℃超低温冰箱中保藏用于微生物多样性分析。

1.2 仪器与设备

TGL-16B型高速台式离心机,上海安亭科学仪器厂;SPX-250型生化培养箱,中仪国科(北京)科技有限公司;THZ-98AB型恒温振荡培养箱,上海一恒科学仪器有限公司;KLCZ-1360A型超净工作台,北京亚泰科隆仪器技术有限公司;YP202N型电子天平,上海菁海仪器有限公司;NanoDrop2000型DNA含量测定仪,美国Thermo公司;顶空固相微萃取-气相色谱-质谱仪,美国Agilent公司;2720型PCR仪,美国应用生物系统公司。

1.3 实验方法

1.3.1 大曲理化指标测定

根据中华人民共和国轻工业酿造大曲通用分析方法QB/T 4257—2011测定大曲理化性质[21],包括水分含量、淀粉含量、酸度、还原糖、糖化力、液化力、发酵力和酯化力。糖化力单位定义为在测定条件下1 g样品1 h从淀粉转化葡萄糖的质量[g·(g·h)-1],液化力单位定义为在测定条件下1 g样品1 h液化淀粉的质量[g·(g·h)-1],发酵力单位定义为在测定条件下0.5 g样品在72 h从糖中产生的二氧化碳的质量[g·(0.5 g·72 h)-1];酯化力单位定义为在测定条件下50 g样品在7 d内己酸和乙醇合成的己酸乙酯的质量[mg·(50 g·7 d)-1]。

1.3.2 挥发性物质测定

向15 mL顶空瓶中加入5 mL饱和氯化钠溶液,5 μL 0.5 g/L 4-辛醇溶液。随后,将0.5 g粉碎的大曲样品加入小瓶中,盖上盖子。均质后,将小瓶置于50 ℃恒温水浴中10 min,再萃取30 min。萃取后将萃取头(DVB/CAR/PDMS)插入气相色谱-质谱(GC-MS)进样口,使用TG-5MS弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 mm),在250 ℃条件下进行气相色谱-质谱分析,解析时间为5 min。气相色谱条件:仪器进样口温度为250 ℃,使用高纯度氦气(99.999%)作为载气,流速为0.8 mL/min。升温程序:初始温度40 ℃,以5 ℃/min升温至80 ℃,再以10 ℃/min升温至230 ℃,持续7 min。MS条件:连接口温度250 ℃,采用电子轰击电离离子源,电子能量70 eV,离子源温度200 ℃,扫描范围为30～550 amu。

检测到的挥发性成分质谱图参照NIST 11 a.L标准谱库对比鉴定,匹配度高于800(最大值为1 000)时作为鉴定结果。以4-辛醇为内标定量,计算内标物的峰面积和样品中各组分的峰面积比值,从而得到样品中各组分的相对含量。

1.3.3 基因组DNA的提取和检测

参照DNeasy PowerSoil Kit DNA分离试剂盒操作说明提取样品基因组DNA,1%琼脂糖凝胶电泳检测基因组DNA,用DNA含量测定仪进行浓度的检测,-80 ℃保存。

1.3.4 聚合酶链反应扩增

使用通用引物338F(5′-ACTCCTAGGGAGGAGCAG-3′ )和806R (5′-GGACATCHVGGGTWTTAAT-3′)扩增16S rRNA基因的V3～V4区,进行细菌微生物菌群分析。通用引物ITS1F (5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′)和ITS1R (5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′)用于真菌微生物菌群分析。此外,引物碱基序列包含特定的标记以区分不同的样品。每个样品重复操作3次。PCR产物用琼脂糖凝胶电泳分析。

1.3.5 高通量测序分析

根据AxyPrep DNA凝胶提取试剂盒操作说明书对样品进行纯化,并使用QuantifluorTM-ST进行定量。将纯化的扩增子等量混合,根据Illumina MiSeq测序平台的标准程序进行双端(2 300 bp)测序。PCR扩增的测序在Illumina MiSeq PE300平台/NovaSeq PE250平台(Illumina,San Diego,USA)上进行,通过剔除嵌合序列获得高质量序列,并使用UPARSE 7.11版将其聚类为操作分类单元(OTU),相似度为97%。微生物群落组成是根据属级OTU的相对丰度计算得出的。Alpha多样性指数、优势细菌属的相对丰度均采用单因素方差分析(one way analysis of variance,one way ANOVA)结合最小显著性差异法(least-significant difference,LSD)分析不同堆积发酵时长样品间的差异显著性(P<0.05)。在置信度为70%的情况下,使用RDP分类器对照相应的数据库对每条16S rRNA和18S rRNA基因序列进行分类分析。

1.4 数据处理

所有统计分析均采用SPSS16.0软件进行。每个处理重复3次,结果以平均值±标准偏差表示。利用SIMCA 14.1软件进行风味成分主成分分析。主坐标分析(PCoA)用于评估基于unweighted Unifrac距离的样本生态距离。通过冗余分析(RDA)微生物群落结构与发酵参数之间的关系。使用OriginPro2019计算相对丰度、发酵参数和风味化合物浓度最高的属之间的Spearman相关性,并使用热图进行可视化。

2 结果与讨论

2.1 大曲样品理化指标分析

对源自北京(BJ)和贵州(GZ)地区的2种大曲样品进行基本的理化指标检测,包括水分含量、淀粉含量、酸度、pH值、酯化力、液化力、糖化力以及发酵力等。在白酒酿造过程中检测所选大曲的质量是否适用于白酒发酵生产是十分重要的[22]。本研究分析了来自北京和贵州地区酱香酒厂的2种大曲样品,结果如表1所示。由表1可知,2种大曲的水分和pH值无显著差异,酸度差异极显著(P<0.001),贵州地区大曲样品酸度[(0.90±0.02)mmol/10 g]高于北京地区大曲样品[(0.60±0.01)mmol/10 g]。大曲酸度的形成主要是由于产酸微生物的有机酸代谢以及脂肪、淀粉和蛋白质的降解,酸度含量的高低可以影响大曲中微生物的生长,酸度的升高不利于样品中细菌菌落生长,进而导致白酒风味的变化。BJ样品与GZ样品酸度的不同可能会导致微生物的丰富度呈现差异。北京地区大曲样品的淀粉含量(59.30%±0.19%)高于贵州地区大曲样品(56.60%±0.21%)。大曲淀粉含量反映了发酵剂生产过程中微生物消耗淀粉的水平,淀粉消耗率越高,微生物种群繁殖速度和新陈代谢能力越快。BJ与GZ样品淀粉含量的不同可能是因为不同地区微生物菌落组成不同。BJ样品的液化力、酯化力和发酵力高于GZ样品,GZ样品具有较高的糖化力。为了防止储藏过程中因水分过多导致不利于储存管理的青霉菌、乳酸菌等细菌的生长,生产用大曲水分质量分数不应超过13.00%[23-24]。液化力和糖化力反映了大曲的成熟度,发酵力和酯化力反映了大曲的质量[25-26]。理化指标测定结果表明,北京和贵州地区所制大曲的淀粉含量、酸度、糖化力、液化力以及酯化力存在差异。

2.2 大曲中挥发性成分分析

北京和贵州地区大曲挥发性风味物质的差异导致两地区白酒品质的差异。挥发性风味物质差异主要在于挥发性风味物质的种类与数量的不同。为了比较两产区大曲中的风味物质差异,采用HS-SPME-GC-MS技术检测和分析大曲中的挥发性成分含量,结果见表2。由表2可知,两地区大曲中分别检测出23和30种风味物质,其中有18种风味物质是两种大曲共有的。BJ样品有5种独有的风味物质,GZ样品有9种独有的风味物质。大曲中检测出最多的化合物为酯类化合物,酯类通常产生玫瑰、蜂蜜、花香和水果的气味,是大曲样品香气的重要贡献者[27]。BJ样品中酯类化合物含量最多,共计11.93 mg/kg,其次是醇类(13.57 mg/kg)、酸类 (6.92 mg/kg) 和酚类(5.30 mg/kg)。 GZ样品中酯类化合物的种类最多,达到2.27 mg/kg,其次是醇类(4.77 mg/kg)和酸类(1.01 mg/kg)物质。通过风味物质分析发现,北京与贵州大曲中主要的挥发性风味物质是酯类和醇类物质,其中贵州大曲中所含挥发性物质中醇类物质的种类和酸类物质的种类多于北京大曲,但BJ样品中酯类物质和醇类物质的含量高于贵州样品。Wang等[28]对北京地区轮次酒进行风味物质分析,发现风味物质含量最高的为酯类物质和醇类物质;Jin等[29]采用Illumina MiSeq平台和顶空固相微萃取气相色谱-质谱仪对14种贵州地区酱香型白酒大曲样品的挥发性特征进行了研究,发现风味物质含量最高的也为酯类物质和醇类物质,这与本研究的结果一致,说明了酯类物质和醇类物质在地域环境对白酒风味的塑造上起到了重要的作用。

在酯类化合物的组成和含量上,发现BJ样品中的大部分酯类物质的含量高于GZ样品。BJ大曲中十六烷酸乙酯的含量明显高于GZ样品,十六烷酸乙酯是白酒发酵过程中通过微生物的新陈代谢产生的,为白酒提供了甜美的香味和橙花或乙醚的香味[30],这可能也是北方酱酒和南方酱酒风味不同的原因之一。

在醇类化合物的组成和含量上,发现BJ样品中的醇类物质的含量均高于GZ样品,但是GZ样品中醇类物质的种类多于BJ样品。通过分析醇类物质的组成和含量,发现BJ样品中苯乙醇的含量明显高于 GZ 样品中苯乙醇的含量。研究证实,苯乙醇和苯乙酸乙酯等具有甜面包和玫瑰的香味[31],而 BJ样品中苯乙醇的含量较高,这也许是北方酱酒相较于南方酱酒甜香突出,形成白酒独特风格以及鲜明地域特色的原因之一[32]。

对其他的风味物质分析发现,BJ样品中酚类物质的种类和含量均高于GZ样品。4-乙基-2-甲氧基苯酚是BJ样品中含量最高且独有的酚类物质,具有木香和香草味,可以给白酒带来烟熏香气[33-34]。BJ样品中酸类物质种类比GZ样品少,但其己酸含量较高,己酸与醇类可生成己酸乙酯,适量的己酸乙酯有益于增加白酒酒体香味[35]。醛类通常会产生蜂蜜和水果的气味[36],吡嗪类化合物是一种含氮杂环化合物,具有烘焙和坚果的味道。GZ样品中鉴定出1种醛,同时还测出少量2,7-二苯基-1,6-二氧化吡嗪。有研究表明,与南方的高温大曲相比,北方的高温大曲中吡嗪的含量明显较低[20]。南北方大曲中挥发性化合物的组成和浓度不同,导致两地区所生产的白酒风味不同。

2.3 大曲微生物多样性分析

本研究通过 Illumina MiSeq 测序技术对酱香型白酒大曲中微生物群落结构进行分析,实验结果见图1。BJ样品的细菌OTU数量为174个, GZ样品为195个,两个样品有104个共同的细菌OTU。同时,在2个大曲样品中发现了115个真菌OTU,BJ样品和GZ样品中的真菌OTU数量分别为103个和74个,两个样品有62个共同的真菌OTU。每个样品都有自己独特的细菌和真菌OTU。基于OTU值的稀疏曲线表示所有样品的覆盖率指数(good coverage)均达到99.95%以上,表明大曲样品中微生物群落的检测比率接近饱和,目前的测序深度和数据质量能够满足大曲样本中微生物群落结构及功能基因的主要检测要求[34]。簇状小提琴图可显示不同大曲样品的α多样性,Chao1指数和Ace指数可以用于评价微生物群落的丰富度。图2为北京和贵州大曲样品簇状小提琴图。由图2可见,BJ样品的细菌丰富度高于GZ样品,而BJ样品真菌丰富度高于GZ样品。β多样性分析主要用于比较不同组间样品的微生物群落微构成差异,微生物群落轮廓的主坐标分析(PCoA)结果可反映发酵过程中微生物群落结构是否具有显著差异。对BJ与GZ样品中细菌菌落与真菌菌落进行β多样性分析,基于微生物群落轮廓的主坐标分析(PCoA)的结果见图3。由图3可知,北京地区酱香型白酒大曲中细菌和真菌群落结构与贵州地区酱香型白酒大曲细菌和真菌群落结构具有显著差异。

2.4 大曲微生物群落丰度分析

北京地区和贵州地区大曲属水平微生物群落丰度见图4。由图4(a)可知,两个样品中的细菌均以Virgibacillus和Kroppenstedtia为优势菌属。BJ样品中主要的细菌为Virgibacillus(相对丰度为51.15%)、Kroppenstedtia(相对丰度为20.87 %)、Oceanobacillus (相对丰度为10.94%)、unclassified_c_Bacilli (相对丰度为4.86%)、Bacillus (相对丰度为3.33%)、Scopulibacillus (相对丰度为2.84%)、Saccharopolyspora (相对丰度为2.52%)。GZ样品中主要的细菌为Kroppenstedtia (相对丰度为45.01%)、Virgibacillus(相对丰度为24.81%)、Scopulibacillus (相对丰度为15.43%)、Saccharopolyspora (相对丰度为4.45%)、Bacillus (相对丰度为2.96%)、unclassified_c_Bacilli(相对丰度为1.96%)、norank_f_Pseudonocardiaceae(相对丰度为1.30%)、Staphylococcus(相对丰度为1.20%)。Oceanobacillus在BJ样品中的相对丰度为10.94%,是优势菌属,而在GZ样品中占比仅为0.15%。这些结果表明,不同大曲的细菌群落组成有明显不同。BJ样品中以Thermoascus、Thermomyces和Aspergillus为优势菌属,分别占微生物总数的58.23%、18.53% 和15.63%[图4(b)]。此外,Monascus和Byssochlamys在BJ样品中所占比例也均在1%以上,分别为4.75%和1.30%。GZ样品中以Thermoascus、Thermomyces和Aspergillus为优势菌属,分别占微生物总数的73.17%、23.83%、1.25%[图4(b)]。通过文献检索发现,优势菌属的检测结果与其他北京地区和贵州酱香型白酒发酵中微生物群落结构组成的研究结果相同[2-3]。Wang等[28]对北京地区微生物菌株的研究,发现北京地区的微生物优势细菌菌属为Oceanobacillus和Virgibacillus,优势真菌菌属为Thermoascus和Thermomyces。Gan等[4]对贵州地区微生物菌株的研究,发现贵州地区微生物优势细菌菌属为Virgibacillus、Bacillus和Oceanobacillus,优势真菌菌属为Saccharomyces、Thermoascus和Aspergillus,这些与本研究微生物菌落结果一致,说明这些优势微生物菌属存在明细的地域特点。

2.5 北京和贵州地区2种大曲微生物群落差异分析

本研究采用微生物组谱统计(STAMP)分析手段筛选差异微生物(P<0.05),以反映大曲的酿造功能,分析结果见图5。由图5可以看出,BJ样品与GZ样品中细菌和真菌丰度差异明显,BJ样品中Virgibacillus、Oceanobacillus、unclassified_c_Bacilli的相对丰度明显高于GZ样品,BJ样品中的真菌丰度明显高于GZ样品中的真菌丰度。此外,本研究采用LEfSe2分析不同地区大曲,这有利于深入了解不同大曲的微生物特征和评估其差异微生物的主要功能,分析结果见图6。由图6可知,Bacillaceae、Virgibacillus、Bacillales、Oceanobacillus、Aspergillaceae和Aspergillus是BJ样品的生物标志物。GZ样品的生物标志物包括Kroppenstedtia、Thermoactinomycetales、Thermoactinomycetaceae、Trichomonascaceae和Trichomonascus。Virgibacillus可以产生蛋白酶,增加大曲中氨基酸和酯类的含量[37]。 Oceanobacillus有助于提高大曲的酯化和糖化能力[19]。Kroppenstedtia与萜烯和各种氨基酸的合成呈正相关[38]。Trichosporonaceae主要与酯酶和葡糖淀粉酶活性相关[39]。Trichomonascus能促进酸、醛、酮和呋喃等风味化合物的形成[40]。高温大曲中的生物标志物也参与了各种风味化合物的合成。这些生物标志物的生物活性导致了其代谢途径的差异,并进一步影响了大曲的发酵功能。

高温大曲中的微生物差异显著可能是不同地区酱香型白酒发酵过程中微生物群落结构差异的部分原因。虽然2种大曲的优势微生物种类基本一致,但它们的相对丰度差异较大。Virgibacillus、Oceanobacillus和Aspergillus在BJ样品中含量较高,而Kroppenstedtia、Scopulibacillus和Thermoascus在GZ样品中含量较高。高温大曲中微生物群落的演替受原料、温度和水分活度等多种环境条件的显著影响[14]。北京和贵州地理位置、气候等环境条件差异很大。已有研究发现,北京和贵州地区在酱香型白酒酿造过程的第5轮、第6轮和第7轮发酵酒醅中的微生物群落组成和风味成分存在显著差异,这与环境微生物的差异密切相关[14,41]。Wang等[42]研究了大曲在发酵过程中微生物的变化情况,不同气候影响微生物的种类和数量,从而影响其发酵过程以及基酒品质。北京和贵州地区环境条件的不同可能导致大曲中部分共有优势微生物菌属相对丰度产生差异。研究表明,Kroppenstedtia和Bacillus等代表了中国芝麻香型白酒高温大曲中的主要菌群[43]。Kroppenstedtia是耐热放线菌科的主要菌属,Kroppenstedtia的存在可能与环境的低酸度有关[19]。Oceanobacillus在酱香型白酒、山西老陈醋大曲、清香型白酒酒醅和浓香型白酒窖泥中都被发现[25]。Aspergillus会产生能有效降解碳水化合物的耐热酶[26]。来自不同地区的高温大曲中都有其独特的优势微生物菌属,这可能是不同地区大曲品质差异的主要原因。

2.6 北京和贵州地区2种大曲优势菌群与理化指标相关性分析

采用Spearman相关分析法评估2种大曲样品的理化指标和优势菌群(平均相对丰度前10的细菌属与真菌属)之间的潜在关联,分析结果见图7。由图7可知,在细菌群落方面,淀粉含量与Thermoactinomyce、Staphylococcus、Scopulibacillus和Kroppenstedtia的相对丰度呈现明显的负相关关系,而unclassified_c_Bacilli、Oceanobacillus和Virgibacillus的相对丰度与淀粉呈现明显的正相关关系。Li等[44]对北京地区大曲理化指标和优势菌群相关性进行了关联分析,发现还原糖和淀粉与Oceanobacillus和Virgibacillus的相对丰度呈显著正相关关系,这可能与发酵酒醅中的淀粉和还原糖含量有关。本研究中,酸度与第一优势菌属Virgibacillus的相对丰度呈负相关关系,这可能是发酵后期酸度升高,抑制绝大数微生物的生长,表明酸度对北京地区发酵过程中微生物群落演替具有驱动作用。同时发现,细菌群落方面,pH值与Thermoactinomyce、Scopulibacillus和Kroppenstedtia的相对丰度呈现明显的正相关关系;糖化力与Scopulibacillus相对丰度呈现正相关关系,而液化力与Scopulibacillus相对丰度呈现负相关关系,同时发现液化力还与unclassified_c_Bacilli和Virgibacillus的相对丰度呈现正相关关系。在真菌群落方面,淀粉含量与Saccharomycopsis、unclassified_ f_Aspergillaceae、unclassified_o_Eurotiales、Monascus和Aspergillus的相对丰度呈现正相关关系,酸度与Monascus呈现负相关关系,pH值与Saccharomycopsis、unclassified_ f_Aspergillaceae、unclassified_o_Eurotiales和Aspergillus的相对丰度呈现负相关关系;同时分析发现糖化力与unclassified_o_Eurotiales和Rasamsonia的相对丰度呈现负相关关系,液化力与Saccharomycopsis、unclassified_ f_Aspergillaceae、unclassified_o_Eurotiales、Monascus和Aspergillus的相对丰度呈现明显正相关关系,发酵力与Saccharomycopsis、unclassified_ f_Aspergillaceae和Rasamsonia的相对丰度呈现明显正相关关系。

2.7 北京和贵州地区2种大曲优势菌群与挥发性风味物质的相关性分析

为探究高温大曲微生物群落结构与挥发性风味化合物的关系,本研究对BJ样品和GZ样品中优势微生物与其各自风味化合物之间的相关性进行了分析并绘图(图8和图9)。BJ样品的Virgibacillus、Kroppenstedtia和Oceanobacillus的相对丰度是关联风味化合物最多的细菌菌属[图8(a)],相关的风味化合物主要是酯类、酸类、酚类和呋喃类等。Oceanobacillus的相对丰度与(E)-9-十八碳烯酸乙酯、9,12-十八碳二烯酸丙酯、戊醇呈正相关,与苯乙酸乙酯、辛酸乙酯和苯酚呈负相关。GZ样品中Virgibacillus、Kroppenstedtia、Scopulibacillus、Saccharopolyspora的丰度是与其风味化合物相关性最多的细菌菌属[图8(b)]。Saccharopolyspora的丰度与苯乙酸乙酯、(E)-9-十八碳烯酸乙酯、十四酸乙酯、9,12,15-十八碳三烯酸乙酯、苯乙醇等物质呈正相关。Scopulibacillus与Saccharopolyspora完全相反。BJ样品的Thermoascus、Thermomyces、Monascus、Aspergillus是关联风味化合物最多的真菌属。Monascus与戊醇和9,12-十八碳二烯酸丙酯呈正相关[图9(a)]。GZ样品的Thermoascus、Thermomyces、Byssochlamys、Aspergillus是关联风味化合物最多的真菌属。Byssochlamys与苯乙酸乙酯、(E)-9-十八碳烯酸乙酯、十四酸乙酯、9,12,15-十八碳三烯酸乙酯、苯乙醇等呈正相关[图9(b)]。

北京和贵州两地酱香型大曲风味存在差异的主要原因是其核心微生物的差异。图10总结了两地区高温大曲的优势微生物和风味物质差异。如图10所示,Oceanobacillus是北京地区中的优势菌属,能促进酯酶和淀粉酶的产生[28]。本研究发现,Oceanobacillus对9,12-十八碳二烯酸丙酯、戊醇等物质的形成具有重要影响。Pang等[20]也发现,Oceanobacillus与一些酯类、醇类和酸类物质呈正相关,这也许是本研究中BJ样品中酯类物质和醇类物质含量高于GZ样品的原因之一。此外,Monascus是北京地区的特有菌属,具有很强的糖化力、发酵力和酯化力,其代谢产生的酯化酶能够影响白酒中醇类和酸类物质之间的作用,促进酯类物质的合成,进而影响白酒的风味[45-46],这可能是BJ样品中酯类物质含量较高的原因。GZ样品中Byssochlamys的相对丰度明显高于BJ样品,且与大部分酯类物质呈现正相关关系。Byssochlamy被确定为高温大曲中占主导地位的真菌属,具有较强的耐高温特性。Byssochlamy促进原料的美拉德反应和焦糖化反应,形成了许多黑色或深棕色的化合物,并可产生吡嗪类化合物,赋予白酒坚果香[43]。这可能是GZ样品中的吡嗪类物质多于BJ样品的原因之一。

3 结 论

本研究对北京和贵州地区2种高温大曲的理化指标、挥发性风味化合物及微生物群落组成进行了比对与分析。2种高温大曲的理化指标,包括淀粉含量、酸度、液化力、酯化力及糖化力存在显著差异。2种大曲样品风味物质的种类及含量存在差异。BJ样品中的大部分酯类物质及醇类物质的含量均高于GZ样品,GZ样品中醇类物质的种类多于BJ样品。2种大曲中挥发性化合物的组成和含量不同,导致两地区所生产的白酒具有独特的风味。微生物群落组成分析表明,2种大曲中Virgibacillus、Kroppenstedtia、Scopulibacillus为共有的优势细菌菌属,Thermoascus、Thermomyces和Aspergillus为共有优势真菌菌属。Oceanobacillus、Monascus和Byssochlamys为北京地区大曲所特有的优势菌属, Staphylococcus、norank-f-Pseudonocardiaceae为贵州地区大曲特有的优势菌属。两地区的2种大曲优势菌群与挥发性风味物质以及理化指标之间的相关性分析表明,北京与贵州地区风味化合物相关性最高的菌属不同,是两地区白酒风味呈现差异的主要原因。本研究旨在为解析高温大曲地域性风味差异形成机制提供理论参考。

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Study on Quality Differences of Two High-Temperature Daqu Produced in Beijing and Guizhou Regions

YANG Yue1, HAO Jing1, ZHU Hua2, WANG Kun2, LI Weiwei1,3, LI Xiuting1,3,*, SUN Baoguo1,3

(1.Key Laboratory of Brewing Microbiome and Enzymatic Molecular Engineering, China General Chamber of Commerce, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China; 2.Beijing Huadu Brewing &Food Industry Co. Ltd., Beijing 102212, China; 3.Beijing Engineering and Technology Research Center of Food Additives,Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)

Abstract： High-temperature Daqu is the main aroma source of sauce-flavor Baijiu, which has an important impact on the style and quality of sauce-flavor Baijiu. Sauce-flavor Baijiu produced in Beijing and Guizhou has local characteristics, but the differences in flavor compounds and their causes are still unclear. Correlation analysis was conducted on the quality differences between the physicochemical indicators, microbial community composition, and volatile flavor compounds of high-temperature Daqu from Beijing and Guizhou regions. The results showed that the starch content, liquefaction power, and esterification power in the high-temperature Daqu samples from Beijing were significantly higher than those from Guizhou. However, high-temperature Daqu samples from Guizhou region had higher acidity and saccharification power (P<0.001). In addition, the core bacterial communities in high-temperature Daqu samples from Beijing and Guizhou regions were Virgibacillus, Kroppenstedtia, while the core fungal communities were Thermoascus and Thermomyces. There were significant differences in the volatile flavor components of high-temperature Daqu between Beijing and Guizhou regions, with Guizhou sample containing more types of volatile substances (27) than Beijing sample (23). Spearman correlation analysis showed that the bacteria with the highest correlation of flavor compounds in high-temperature Daqu from Beijing and Guizhou were different, which led to different flavors of Baijiu in the two regions. The quality differences of physicochemical indicators, microbial community composition and flavor composition of different high-temperature Daqu in Beijing and Guizhou were compared and analyzed in order to further understand the microbial and functional characteristics of high-temperature Daqu in Beijing and Guizhou, and further clarify the reasons for the differences in flavor of Baijiu in the two regions.

Keywords： sauce-flavor Baijiu; high-temperature Daqu; microbial community; physicochemical indicator; volatile flavor substance

文章编号：2095-6002(2025)03-0135-14

doi：10.12301/spxb202400086

引用格式：杨月, 郝静, 朱华,等. 北京与贵州地区2种高温大曲的品质差异研究[J]. 食品科学技术学报,2025,43(3):135-148. YANG Yue, HAO Jing, ZHU Hua, et al. Study on quality differences of two high-temperature daqu produced in Beijing and Guizhou regions[J]. Journal of Food Science and Technology, 2025,43(3):135-148.

中图分类号： TS261.1

文献标志码： A

收稿日期： 2024-02-04

基金项目： 国家自然科学基金资助项目(31830069)。

Foundation: National Natural Science Foundation of China (31830069).

第一作者：杨 月,女,硕士研究生,研究方向为食品酶学。

*通信作者：李秀婷,女,教授,博士,主要从事酿酒微生物与酶工程方面的研究。

(责任编辑：叶红波)