《食品科学》：湖北工业大学李欣博士等：基于微生物互作的耐热拉钱斯氏酵母对白酒风味品质的影响

白酒是典型的传统蒸馏酒，它是在酒曲中多种微生物的作用下，经发酵和蒸馏而形成的一种酒精饮料。白酒通过自发混合发酵酿制而成，巨大的物种多样性是白酒风味形成的关键特征，并显著影响着白酒的品质。

白酒酿造中的微生物种类复杂多样，其功能也各不相同。非酿酒酵母在过去一直被认为是造成酒体腐败的微生物，然而，近年来越来越多的研究表明，非酿酒酵母能够表现出与酿酒酵母不同的代谢特征，在酒类酿造中发挥着独特的作用。在众多非酿酒酵母中，耐热拉钱斯氏酵母（Lachancea thermotolerans）因具有优良的酿造学特性，在葡萄酒中的应用被广泛研究，其高产乳酸、甘油、β-苯乙醇及乙酯类香气成分，低产乙醇及挥发酸类物质。本实验室从高温大曲中分离得到了耐热拉钱斯氏酵母Y-07，这表明该酵母也可能在白酒酿造过程中扮演着独特的角色。然而，目前对其研究主要集中于果酒酿造，对其在白酒酿造中作用机制的研究甚少。

湖北工业大学生命科学与健康工程学院的张茜、梁嘉敏、李欣*等人以高粱为唯一发酵原料，选取米曲霉M-08和酿酒酵母BS-19为发酵底盘，通过添加耐热拉钱斯氏酵母Y-07并控制发酵温度，从生物量、感官评价、有机酸、挥发性风味化合物等方面揭示耐热拉钱斯氏酵母Y-07对不同底盘微生物环境下白酒发酵的影响，并分析在发酵温度变化的条件下各种微生物群组合代谢特征的差异性，以期为耐热拉钱斯氏酵母在白酒酿造中的应用提供坚实的理论依据，并为白酒香气新类型的开发提供指导。

1 梯度变温方案设计

耐热拉钱斯氏酵母Y-07分离自高温大曲，为了探究高温条件下其在白酒酿造中的作用机制，需设置合适的高温培养方案。因此，本研究模拟白酒酿造堆发酵温度变化过程，设置温度先升高后降低的梯度变温程序，最高温度为50 ℃。为了确定合适的升温时间点，将酿酒酵母BS-19、耐热拉钱斯氏酵母Y-07和米曲霉M-08进行混合恒温培养，高粱表面米曲霉M-08生长状态如图1A所示。发酵至第3天时，米曲霉M-08呈浅绿色菌落，发酵第4、5天时高粱表面全部被米曲霉M-08覆盖。如图1B所示，发酵第0、1天，酵母生物量迅速增加，由6.24（lg（CFU/g））增长至8.11（lg（CFU/g）），发酵第1、2天酵母生物量较稳定，第3天后持续降低。发酵第3天后米曲霉M-08数量迅速增长，酵母生物量迅速下降，由此可知，米曲霉M-08与酵母之间存在竞争关系，且酵母在竞争关系中处于劣势，所以选择酵母生物量保持稳定且米曲霉M-08生长处于适中的时间点作为变温时间点，即第2天。因此，梯度变温方案如图1C所示，第0～2天进行30 ℃恒温发酵，第2～6天进行梯度变温，第6天之后进行30 ℃恒温发酵。

2 种微生物混合发酵的微生物生长情况分析

如图2所示，发酵第1～2天A1、A2、A3组的米曲霉M-08生物量低于CK组。结合固态发酵表面生长状况，在发酵前期（1～2 d），CK组的米曲霉M-08生长情况优于A1、A2、A3组，这表明2 种酵母对米曲霉M-08的生长有一定抑制作用，在发酵前期能够延缓米曲霉的生长。发酵中后期，A1、A2、A3组的米曲霉M-08迅速生长，并且对2 种酵母产生较强的抑制作用；发酵末期，A1、A2、A3组的2 种酵母全部死亡。因此，米曲霉M-08与酿酒酵母BS-19、耐热拉钱斯氏酵母Y-07间存在相互竞争关系。发酵第8天，A1组的耐热拉钱斯氏酵母Y-07生物量为4.16（lg（CFU/g）），A2组的酿酒酵母BS-19生物量为6.23（lg（CFU/g）），这表明在单独与米曲霉M-08共培养的情况下，酿酒酵母BS-19比耐热拉钱斯氏酵母Y-07更具生存竞争力。发酵第8天，A3组的耐热拉钱斯氏酵母Y-07生物量为5.06（lg（CFU/g）），与A1组相比耐热拉钱斯氏酵母Y-07生物量提高了21.63%，表明酿酒酵母BS-19的存在有利于耐热拉钱斯酵母的生存。

B1、B2、B3组中各微生物出现了不同的变化趋势。B1组的耐热拉钱斯氏酵母Y-07在与米曲霉M-08的竞争中处于劣势，最终全部死亡。B2组的米曲霉M-08在与酿酒酵母BS-19的竞争中处于劣势，最终全部死亡。在发酵前期和中期，B3组中的3 种微生物生物量均呈先升高后降低的趋势，而在发酵后期，3 种微生物的生物量均得到了恢复。与恒温方案比较，B2组米曲霉M-08在发酵后期全部死亡，B1、B3组在发酵后期米曲霉M-08能够增殖，但其生物量均低于恒温发酵的生物量，这表明温度升高对米曲霉M-08的生长影响较大。B2和B3组中酿酒酵母BS-19的生物量均在变温期间有所降低，而在温度恢复至30 ℃后酿酒酵母BS-19继续增殖，这表明酿酒酵母BS-19的热稳定性较好，并且升高温度有助于酵母的二次生长。B1组中耐热拉钱斯氏酵母Y-07在第4.5天全部死亡，但B3组在发酵后期耐热拉钱斯氏酵母Y-07能够恢复生长，这表明酿酒酵母BS-19的存在有助于耐热拉钱斯氏酵母Y-07恢复增殖。

在梯度变温方案（B2、B3）下，酿酒酵母BS-19因其良好的温度耐受性而在发酵中后期均存活，而恒温培养方案（A1、A3）下，其在发酵后期全部死亡。可见，米曲霉M-08与酵母间的竞争是导致发酵后期酵母死亡的主要原因，而温度对发酵体系中米曲霉M-08的影响大于对2 种酵母的影响。有研究表明，在与酿酒酵母共培养时，耐热拉钱斯氏酵母通常会受到酿酒酵母的负面影响。但在本研究中，酿酒酵母BS-19的存在却有利于耐热拉钱斯氏酵母Y-07的存活。因此推测，相较于酿酒酵母BS-19，米曲霉M-08对耐热拉钱斯氏酵母Y-07的抑制作用更为显著。在酿酒酵母BS-19与高温的共同作用下，米曲霉M-08的生长受到较强抑制，其对耐热拉钱斯氏酵母Y-07的抑制作用被削弱，因此耐热拉钱斯氏酵母Y-07得以进一步生长。

3 种微生物混合发酵感官评价分析

将发酵周期分为发酵前期（0～3 d）、发酵中期（4～6 d）、发酵后期（7～10 d）。对发酵过程中的固态发酵物及采样时加水后的液态样品进行综合分析，如表2所示，各组发酵物的主要风味有醇香、清香、花果香、米酒香、酒糟味、烘烤味、中药味、霉味、臭味。

恒温发酵方案中，CK组在整个发酵周期无明显香味，发酵前期为高粱味、米曲霉味，发酵中后期为中药味、霉味、臭味。A1组在发酵前期有明显花果香、米酒香，但在发酵第5天后香味减弱，发酵后期则是霉味和中药味较重。A3组在发酵前期有醇味、花果香、米酒香、清香，发酵第8天仍有醇香、清香。与CK组相比，A1组中耐热拉钱斯氏酵母Y-07的存在使霉味等负面风味减弱，醇味、混合花果香等香气增强，但由于耐热拉钱斯氏酵母Y-07为非酿酒酵母，其产醇能力较弱，且与米曲霉M-08竞争生存，在发酵中后期米曲霉M-08占主导地位，因此发酵后期霉味、中药味较重。与A2组相比较，A3组中耐热拉钱斯氏酵母Y-07的存在增强了香气丰富度与持久性。可见，耐热拉钱斯氏酵母Y-07的存在极大地改善了酿造风味。

梯度变温方案中，B1组在发酵前期有米酒香、混合花果香，变温结束后有酱香、烘烤味、坚果味，香气丰富度较好；B2组在整个发酵周期中均有醇味，在变温阶段有较强的酒糟味，发酵末期醇味减弱，风味较单一。B3组的综合风味较好，发酵前期有花果香、米酒香、清香，发酵中期有酒糟味、烘烤味，发酵后期有醇味、清香、苹果味、米曲霉味。

对发酵过程中主要特征风味进行评分，结果如图3所示。3 种恒温方案下样品的感官评价较为一般，醇味、花果香等香气维持时间较短，发酵中后期霉味、臭味较强。3 种温度调控方案感官评价较好，香气丰富度与强度高于恒温方案，霉味和臭味明显降低。由此可见，高温能有效降低发酵过程中霉菌产生的霉味，改善样品的风味。耐热拉钱斯氏酵母Y-07能够有效增强香气丰富度及强度，在发酵过程中能产生清香、混合花果香、米酒香，并有效降低米曲霉M-08发酵产生的霉味、臭味，增加酱香味，当与酿酒酵母BS-19共培养时可以进一步增强香气的丰富度及强度。

4 种微生物混合发酵过程中有机酸含量分析

白酒酿造中酸性物质能有效降低白酒的辛辣感和苦味，增加白酒的甜度，对白酒的口感有非常重要的影响。如图4所示，各组样品中的丁酸、异丁酸含量均较低，主要差异在乙酸和丙酸。A2、A3组的丙酸含量较高，表明酿酒酵母BS-19产丙酸能力较强。4 组恒温方案中的乙酸含量差异不大。变温发酵方案中（B1、B2、B3），乙酸含量显著增加，B2组的乙酸含量在第6天达到最高，为1.04 mg/g，这表明升高温度有利于乙酸的积累。在B2、B3组中也有丁酸和异丁酸的积累。研究表明，耐热拉钱斯氏酵母在果酒酿造中能降低乙酸含量，从而调节果酒口感与品质，而在本研究中，A1、A2、A3组中的乙酸含量变化趋势一致，B1组的乙酸含量较低，B2、B3组的乙酸含量变化趋势一致，这表明在此固态环境下耐热拉钱斯氏酵母Y-07无明显降低乙酸能力。

5 种微生物混合发酵过程中的挥发性风味物质分析

白酒酿造中挥发性成分对风味形成起着至关重要的作用。热图能够直观反映各挥发性风味物质种类及含量，颜色越深表示挥发性风味物质含量越高。如图5A所示，A1、A2组的亚油酸乙酯含量最高，在发酵第6天分别达到（102.51±19.06）μg/g和（105.96±5.79）μg/g，辛酸乙酯含量次之。与A1组相比，A2组检测出β-苯乙醇。先前研究也表明，耐热拉钱斯氏酵母能产生苯乙醇。β-苯乙醇具有令人愉悦的玫瑰、紫罗兰香气，对感官品质具有积极影响。与CK、A1组相比，A2、A3组的酯类物质含量较低，醇类物质含量较高，在发酵第5天其醇类物质总含量分别为54.33 μg/g和46.95 μg/g，说明酿酒酵母BS-19的加入能降低发酵体系中酯类物质含量。

如图5B所示，发酵至第3.5～5.5天时，3 组梯度变温发酵方案中（B1、B2、B3）的酯类物质含量明显降低，发酵5.5 d后，酯类物质含量升高，表明温度对酯类物质有较大影响。B2组的醇类物质含量较高，B3组的醇类物质含量低于B2组。高级醇含量过多会大大破坏酒体的口味，使其味道苦涩，并且还带有臭味，耐热拉钱斯氏酵母Y-07能有效降低高级醇的含量，对白酒酿造口味调控具有重要意义。

为了进一步可视化分析各组分之间的差异，用挥发性化合物含量作为数据集进行主成分分析（PCA）。如图5C所示，前2 个PC的累计方差贡献率为61.79%（PC1方差贡献率为32.30%，PC2方差贡献率为29.49%）。图中数据点越接近，置信椭圆相交的面积越大，表明2 种发酵方案之间的相关性越大。CK和A1组有较高的相关性，说明米曲霉M-08在这2 种方案中发挥较大作用。A2和A3组有更高相关性，说明酿酒酵母BS-19在恒温发酵过程中发挥了较大作用，结合挥发性风味物质种类及含量可知，酿酒酵母BS-19产生的各种醇类物质占主要影响。而B1、B2、B3组间相关性较低，说明在温度调控作用下，不同的微生物组合能够产生各自独特的风味特征。

6 微生物与有机酸、酯类物质关系分析

关于对白酒风味的研究表明，酸性物质是酯的重要前体，各类白酒中酸性物质和酯类物质之间存在一定的平衡。为了进一步探究微生物、有机酸、酯类物质间的关系，对三者进行斯皮尔曼相关系数分析（相关系数阈值0.4）。如图6所示，米曲霉M-08与辛酸乙酯、癸酸乙酯和亚油酸乙酯3 种酯类物质呈正相关，与乙酸丁酸、异丁酸呈负相关，耐热拉钱斯氏酵母Y-07与乙酸异戊酯呈负相关。酿酒酵母BS-19与丙酸、丁酸、异丁酸、乙酸乙酯和乙酸异戊酯呈正相关。乙酸和丁酸属于白酒“四大酸”，对白酒风味形成具有重要影响，乙酸与乙酸乙酯、乙酸异戊酯呈显著正相关，与癸酸乙酯呈负相关。丁酸与苯乙酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸异戊酯呈正相关，与癸酸乙酯呈负相关。综上所述，各类微生物与酸类及酯类化合物之间存在着复杂且各异的相互作用机制。米曲霉M-08对辛酸乙酯、癸酸乙酯和亚油酸乙酯的产生有着较大的贡献，酿酒酵母BS-19产生酸类物质和酯类物质的能力较强，而耐热拉钱斯氏酵母Y-07对酸类物质和酯类物质的产生贡献较小。有机酸与酯类物质在白酒中密切相关，其中乙酸和丁酸等关键有机酸与多种酯类物质呈显著正相关或负相关，对白酒风味形成具有重要影响。

7 种微生物混合发酵过程中的还原糖含量、乙醇含量及pH值分析

如图7A所示，在恒温方案（A1、A2、A3）中还原糖含量呈现先升高后降低的趋势，在梯度变温发酵方案（B1、B2、B3）中其在发酵中后期积累，这表明高温条件有利于还原糖的积累。由图7B可知，CK、A1组中的乙醇含量较低，A2、A3组的乙醇含量相差不大，高于CK、A1组，在发酵第5天含量达到最高，分别为4.51 mg/g和4.28 mg/g。B3组的乙醇含量在发酵第3.5天达到最高，为7.04 mg/g，低于B2组（10.14 mg/g），表明高温有利于提高乙醇含量，耐热拉钱斯氏酵母Y-07能有效降低乙醇含量。如图7C所示，在恒温方案（A1、A2、A3）中pH值均呈现先降低后升高的趋势，在第10天时均高于8.0。B1组在发酵中后期pH值较高，在发酵第10天其pH值为6.46，B2、B3组的pH值在发酵前期降低后一直维持较低水平。

在恒温培养方案中，发酵末期2 种酵母全部死亡，这与自发白酒酿造过程中发酵后期酵母种类和数量降低的现象相吻合。推测米曲霉M-08在发酵后期过量生长所导致的环境pH值升高与还原糖含量降低是造成酵母衰亡的关键因素。在温度调控方案中，B2组的乙醇含量最高，同时米曲霉M-08生物量大幅下降。已有研究表明，过高的乙醇浓度会对米曲霉M-08的生长产生明显的抑制作用，这与本实验结果高度一致。此外，高温环境下乙醇的累积还会触发次生代谢物乙酸的积累，进而削弱酵母对还原糖的利用效率，最终导致酵母生长速率减缓。综上，通过引入耐热拉钱斯氏酵母Y-07可以有效降低发酵体系中醇类物质及乙酸的浓度，从而为体系中微生物的二次生长创造有利条件。

8 微生物群落与环境因子的回归分析

为了分析发酵过程中群落驱动因素，对pH值、乙醇、温度、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸与样本微生物用统计学手段建立样本和环境因子之间的回归关系。由图8可知，2 个轴分别解释了微生物群落分化的52.77%和40.59%，表明微生物群落与环境因子之间存在显著的相关性。在发酵样本中，恒温发酵与乙酸、丁酸和温度呈显著负相关。米曲霉M-08与温度呈显著负相关，且距离最远，表明温度显著影响米曲霉M-08的生长。除此之外，乙醇、乙酸、丁酸和异丁酸也对米曲霉M-08有较强的负相关性。酿酒酵母BS-19与pH值呈显著负相关，表明此发酵过程中pH值较低酿酒酵母BS-19是主要贡献者，酸类物质与酿酒酵母BS-19均呈正相关。酸类物质对耐热拉钱斯氏酵母Y-07也有较大影响。

结论

本实验探究了从高温大曲中分离得到的耐热拉钱斯氏酵母Y-07在白酒酿造中的作用机制，并通过梯度变温发酵方案，进一步分析了温度对白酒酿造的影响。结果表明，微生物间的相互作用以及发酵过程中的温度变化均会对酿造体系中的微生物群落结构产生影响。其中，微生物间的竞争关系是导致酿造后期酵母生物量降低的关键因素之一。高温有利于维持白酒酿造过程中酵母的丰富度，促进醇类物质的生成并积累乙酸。醇类物质对白酒风味的形成有着重要的影响，但其含量过高不利于酿造过程中微生物的生长，且会影响白酒口感。耐热拉钱斯氏酵母Y-07能够有效降低发酵过程中高级醇含量，并能产生清香、混合花果香、米酒等香气，有效改善白酒酿造过程中的感官品质。在与米曲霉M-08共培养时，耐热拉钱斯氏酵母Y-07能降低霉味，产生酱香味。当它与酿酒酵母BS-19、米曲霉M-08共培养时，则能进一步延长发酵体系中正面风味的影响时间，为白酒带来更为丰富的风味层次和感官体验。本研究结果可为耐热拉钱斯氏酵母在白酒酿造中的应用提供坚实的理论依据，进一步了解温度对微生物多样性和挥发性风味物质影响，并为白酒酿造风味的提高和工艺的改进提供理论依据。

作者简介

通信作者：

李欣，讲师，湖北工业大学生命科学与健康工程学院生物医药系副主任，工业发酵省部共建协同创新中心办公室主任。博士，硕导，讲师，在华中农业大学分别获得生物工程学士、发酵工程硕士和微生物学博士学位。2017-2020年安琪酵母股份有限公司和武汉大学联合博士后。围绕酵母的功能与应用，揭示细胞对环境响应的生理、代谢、蛋白和分子特征，多角度多层面阐明酿造酵母耐性的机理机制，探索酵母与非酵母酿造微生物之间的互作关系和规律，构建现代酿造定向调控技术。主持《酿造鲁氏结合酵母胞内海藻糖发酵调控及其积累代谢机制研究》、《特色酿造微生物曲研制》和参与《酱油酵母高盐胁迫响应的分子基础及其调控机制》等国家、省部级和企业委托科研项目20多项。在《Journal of Fungi》《International Journal of Food Science and Technology》《食品科学》《微生物学报》等国内外科技期刊发表三十多篇科研论文。作为技术负责人完成的《蜜柑加工系列发酵调味品关键技术及产业化》获湖北省科技进步奖1 项。参编《中国传统发酵食品地图》（“十三五”国家重点出版物出版规划项目）。

本文《基 于微生物互作的耐热拉钱斯氏酵母对白酒风味品质的影响》来源于《食 品科 学》2025年46卷第18期63-72页，作者：张茜，梁嘉敏，徐滕宇，肖雄，陈雄，李欣。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250226-149。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：王雨婷 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。