《食品科学》：四川省农业科学院蒲宗君研究员等：小麦品种对浓香型大曲品质、微生物群落及代谢产物的影响

大曲是中国传统白酒酿造的核心发酵剂，被誉为“酒之骨”，为白酒发酵提供微生物生长的营养底物、糖化酶和发酵酶，并赋予白酒独特的风味特征。作为大曲的主要原料之一，小麦在不同香型白酒生产中起着重要作用。在酱香型白酒中，小麦制曲的用种量占全部酿造粮的一半；浓香型白酒中，小麦制曲的用种量也占全部酿造粮的1/3。小麦品质特性不仅影响大曲的微生物群落和酶活性，更直接关系到最终白酒的风味和质量。小麦品质对大曲品质的影响受到广泛关注。

大曲中微生物群落和代谢物也是影响大曲质量的关键因素，它们共同构成了白酒发酵的“菌系-酶系-物系”复杂体系。

四川省农业科学院作物研究所（四川省种质资源中心）的罗江陶、蒲宗君*和四川省农业科学院农产品加工研究所（四川省农业科学院食物与营养健康研究所）的赵驰等人系统选取12 个具有典型品质差异的小麦品种，通过整合传统制曲评价体系与现代组学技术，采用扩增子测序技术解析大曲微生物群落结构，采用气相色谱-质谱（GCMS）表征不同来源大曲的代谢物谱特征，结合小麦理化指标（蛋白质组分、淀粉特性、粉碎特性等）与大曲感官质量，通过多组学关联分析揭示“小麦-微生物-代谢物”的相互关系，明晰制曲专用小麦的关键品质指标体系，以期为制曲专用小麦品种选育提供科学依据，同时为优化大曲发酵工艺提供理论支撑。

1 小麦各品种籽粒品质指标及大曲感官评价分析

如表1所示，籽粒硬度方面，川麦626（72.60±0.36）和川麦703（73.80±0.36）显著高于其他品种（

P

＜0.05），川麦701具有最低的硬度（36.03±0.45）。川麦1456的粗蛋白（（11.82±0.14）%）、水分（（13.11±0.03）%）和湿面筋（（32.47±0.30）%）质量分数显著高于其他品种（

P

＜0.05）。淀粉质量分数最高的品种是川麦701（（71.77±0.06）%）。沉降值、粉碎度和粉质率最高的品种分别为川麦618（（36.80±0.73）mL）、川麦627（（31.43±0.94）%）和川麦701（100.00%）。这些结果证实了所选小麦品种间存在品质差异，为研究不同品质特性对大曲品质的影响提供了理想的材料基础。尤其是硬度、蛋白质含量和湿面筋含量的显著变异，为进一步分析这些关键参数与制曲品质的关联性提供了有利条件。

如表2所示，川麦701在外观（9.10±0.00）、断面（24.33±3.21）和总分（50.10±4.36）3 个指标上的得分最高。荣麦768在香气维度表现最佳（17.33±2.31），显著高于川麦1456（14.00±0.00）和川麦620（14.00±0.00）等品种（

P

＜0.05）。不同小麦品种大曲感官评价差异显著，表明小麦品种对制曲品质起重要作用。

值得注意的是，大曲感官品质表现最佳的川麦701和荣麦768均具有较低的硬度（分别为36.03±0.45和43.50±0.56）和中等偏低的蛋白质量分数（分别为（7.96±0.06）%和（9.06±0.08）%），同时具有较高的粉质率（分别为100.00%和95.00%）。邹凤亮等研究表明，软质率为75%～85%的小麦品种制曲效果最佳。软质小麦因其细胞结构较疏松和支链淀粉含量较高，更易被大曲微生物群落利用，有利于微生物的生长和提高其酶系活性。

2 小麦品质性状与大曲感官评价的相关性分析

为深入理解小麦品质特性与大曲感官品质之间的关系，对所有测定指标进行了Pearson相关性分析。由图1可知，硬度与外观得分（

P

＜0.01）、香气得分（

P

＜0.05）、断面得分（

P

＜0.05）和感官评价总分（

P

＜0.05）均呈显著负相关。这与冯雨的研究结果一致，表明较低的籽粒硬度有利于制曲过程中微生物的侵入和定植，从而形成更优质的大曲。尤为显著的是，蛋白质含量与所有感官评价得分均呈极显著负相关（

P

＜0.01）。这一现象可从2 个方面解释：一是高蛋白质小麦通常具有更致密的胚乳结构，不利于微生物渗透和酶的扩散；二是蛋白质水解产生的部分氨基酸（如亮氨酸、苯丙氨酸）具有苦味，氨基酸可进一步脱氨产生氨、硫化物等挥发性物质，降低感官评分，过多的游离氨基酸可能与还原糖过度反应生成焦糖化合物，导致不良风味产生。此外，湿面筋含量作为蛋白质品质的重要指标，同样与外观得分（

P

＜0.05）、香气得分（

P

＜0.01）、断面得分（

P

＜0.01）和感官评价总分（

P

＜0.01）呈显著负相关。因此，应该根据实际工艺优化平衡蛋白质含量。

粉碎度与外观得分呈显著正相关（

P

＜0.05），这可能是因为适宜的粉碎度增加了小麦表面积，促进了水分均匀吸收和微生物的充分接触，有利于形成外观良好的大曲。水分含量与香气得分呈显著负相关（

P

＜0.05），可能与高水分小麦中淀粉的糊化状态有关，影响发酵过程中芳香物质的生成。综上分析，籽粒硬度低于45、蛋白质量分数低于10.0%、湿面筋质量分数低于24%的小麦品种可能更适宜于生产优质大曲。

3 微生物群落结构分析

大曲样品的微生物多样性分析首先通过构建稀释曲线评估测序深度的充分性。随着测序深度的增加，曲线逐渐趋于平稳（图2），Good’s coverage指数均高于99.5%，表明样本中大部分物种已被捕获，且测序深度足够。进一步对各大曲样品中的ASVs进行分析，大曲中细菌ASVs数量为191～629，真菌ASVs数量为80～165。Chao1指数反映微生物的物种丰富度，Shannon指数反映微生物物种多样性，所有大曲细菌的Chao1指数（138.86～308.66）和Shannon指数（2.60～4.17）明显比真菌高（Chao1指数：34.06～69.11；Shannon指数：1.21～2.29），表明大曲中细菌比真菌物种丰富且多样性高。此外，细菌Chao1指数和Shannon指数最高的品种为川麦703（308.66）和川麦62017（4.17），而真菌则为川麦62017（69.11）和川麦1648（2.29）。

在细菌门水平上（图3a），厚壁菌门（Firmicutes，相对丰度29.19%～93.97%）、变形菌门（Proteobacteria，2.88%～69.78%）、放线菌门（Actinobacteriota，0.45%～24.80%）和拟杆菌门（Bacteroidota，0.02%～2.34%）是各品种小麦所制大曲中的优势细菌，但各样品间存在显著差异。例如，川麦62017中的优势细菌为变形菌门，而其他品种则为厚壁菌门。如图3c所示，在属水平上主要优势菌是明串珠菌属（

Leuconostoc

，相对丰度23.21%～81.07%）、泛菌属（

Pantoea

，0.23%～54.44%）、高温放线菌属（

Thermoactinomyces

，0.01%～39.07%）、乳球菌属（

Lactococcus

，0.77%～11.28%）和糖多孢菌属（

Saccharopolyspora

，0.18%～18.52%），这与毛文定等研究结果一致。在真菌门水平上，优势真菌为子囊菌门（Ascomycota），其相对丰度为95.21%～99.90%（图3b）。如图3d所示，在属水平上优势菌属为嗜热青霉属（

Thermomyces

）、嗜热子囊菌属（

Thermoascus

）、曲霉属（

Aspergillus

）、扣囊复膜孢酵母属（

Saccharomycopsis

）和毛孢子菌属（

Trichosporon

），这与刘孟华等的研究结果相似。

4 优势微生物与大曲感官评价的相关性分析

利用相关性分析进一步揭示优势微生物与感官评价得分之间的内在关联（图4）。在细菌方面，明串珠菌属与大曲的外观得分、断面得分及感官评价总分均呈显著负相关（

P

＜0.05），与香气得分呈极显著负相关（

P

＜0.01）；乳球菌属则与外观得分呈显著负相关（

P

＜0.05）。相反，科萨克氏菌属（

Kosakonia

）与所有感官评价得分均呈极显著正相关（

P

＜0.01）。在真菌方面，嗜热青霉属（

Thermomyces

）与外观得分、香气得分及断面得分均呈显著正相关（

P

＜0.05），与感官评价总分呈极显著正相关（

P

＜0.01）；扣囊复膜孢酵母与所有感官评价得分均呈显著正相关（

P

＜0.05），根霉属（

Rhizopus

）与外观得分、断面得分及感官评价总分呈显著正相关（

P

＜0.05），而瓦勒霉属（

Wallemia

）与断面得分及感官评价总分呈显著负相关（

P

＜0.05）。根黏孢霉属（

Rhizomucor

）则与外观得分呈极显著正相关（

P

＜0.01），并与香气得分、断面得分及感官评价总分均呈显著正相关（

P

＜0.05）。其中，根霉属在大曲中的作用已经被广泛报道，万营东等以奇孢根霉（

Rhizopus azygosporus

）对浓香型大曲进行强化，可显著改善大曲的理化性质，降低淀粉含量，同时增强其风味。

此外，一些籽粒品质指标也能够通过影响大曲微生物群落结构，进而对大曲质量产生影响。例如，粉碎度影响曲砖的质构特性，粉碎过细，曲砖过于紧密，不利于曲砖中需氧微生物生长。而湿面筋的主要成分是蛋白质，其水解后可以为微生物提供营养物质，同时其独特的网络结构可调节曲砖的透气性，从而影响大曲微生物群落结构，进而导致品质产生变化。

5 代谢组分析

采用GC-MS技术对12 个不同小麦品种制作的大曲样品进行代谢物分析，结果图5所示。从12 个不同小麦品种制作的大曲样品中共鉴定出60 种代谢物，按化学结构和生物学功能可分为9大类：碳水化合物（24 种）、氨基酸（15 种）、脂肪酸（7 种）、其他化合物（5 种）、羧酸（3 种）、

-羟基酸（2 种）、醇类（2 种）、

-羟基酸（1 种）和脂肪醇（1 种）。各类代谢物的平均相对含量存在显著差异，其中碳水化合物类（57.26%）和脂肪酸类（17.35%）占主导地位，而氨基酸类（12.18%）、有机酸类（8.47%）和醇类（3.85%）则相对较低。

在所有鉴定的代谢物中，相对含量最高的代谢物依次为赤藓糖醇（78.14±18.53，平均峰面积，后同）、

D

-甘露糖（70.28±31.22）、核糖醇（52.26±12.42）、

D

-甘露醇（43.76±12.06）和

D

-(＋)-阿拉伯糖醇（15.14±4.91）等，表明多元醇类和糖类物质构成了大曲代谢物谱的主体框架。不同小麦品种制作的大曲在代谢物组成和含量上存在显著差异，这种差异可能源于小麦品质特性对微生物群落的选择性影响。

采用聚类分析和PLS-DA模型对各样品之间的差异化合物进行筛选，结果如图6所示。各小麦品种的大曲代谢物谱表现出明显的品种特异性，12 个样品被分为3 个主要类群：第1类包括川麦701、川麦768和川麦627，这些小麦品种均具有较低的硬度和蛋白质含量；第2类包括川麦618、川麦1456和川麦614，这些品种具有中等水平的品质特性；第3类包括川麦626、川麦1648等其余品种，主要特征是较高的硬度或蛋白质含量。

为进一步识别能够区分不同小麦品种大曲的标志性代谢物，应用PLS-DA方法。PLS-DA模型的

Q

2 为0.68， 为0.83，表明模型具有良好的拟合性和预测能力。以变量投影重要性（VIP）＞1.3和

P

＜0.05为双重筛选标准，鉴定出15 种差异显著的代谢物，主要包括木糖醇、甘油酸、

D

-葡萄糖、

L

-苏醇、半乳糖吡喃糖、2-丁烯二酸、尿酸、亚油酸、丁二酸、柠檬酸、棕榈酸、13-十八烯酸、苹果酸、甘油苷和

D

-乳糖。这些代谢物可作为区分不同小麦品种所制大曲的潜在生物标志物。

为揭示代谢物组成与大曲感官品质之间的关系，对筛选出的主要差异代谢物与感官评价指标进行Spearman相关性分析。如图7所示，多种代谢物与大曲感官品质存在显著相关性。木糖醇与香气得分、断面得分及感官评价总分均呈显著负相关（

P

＜0.05）。木糖醇是戊糖代谢的中间产物，通常由大曲中的微生物如嗜热曲霉和扣囊复膜孢酵母通过戊糖磷酸途径产生。本研究中木糖醇与感官品质呈负相关，这可能归因于木糖醇积累反映了戊糖利用率低下，即微生物对戊糖类底物的代谢能力不足，导致中间产物积累而非转化为有益的风味前体物质。甘油酸、柠檬酸与外观得分呈显著负相关（

P

＜0.05），亚油酸与断面得分呈显著负相关（

P

＜0.05），丁二酸与断面得分及感官评价总分之间也呈显著负相关（

P

＜0.05）。这些有机酸与大曲感官品质的负相关性可能源于它们对大曲pH值的影响。高浓度有机酸能降低大曲pH值，而适宜的酸碱环境是大曲中影响功能性微生物（如嗜热真菌）生长和酶促作用的关键条件。

为深入探究大曲中代谢物之间的相互关系及其与微生物群落的联系，基于鉴定的60 种代谢物与10 种优势微生物进行了相关性网络分析。由图8可知，大曲代谢物与微生物之间存在显著而复杂的关联模式。

Thermomyces

与多种碳水化合物类代谢物呈显著正相关，包括

D

-果糖、

D

-异果糖和麦芽糖等。此外，

Thermomyces

与赤藓糖醇和木糖醇等多元醇类物质也呈正相关，表明该菌株在大曲中发挥重要的碳水化合物代谢功能。

Thermoascus

则主要与有机酸类代谢物呈显著负相关，如苹果酸（

r

＝-0.412，

P

＜0.05）和棕榈酸（

r

＝-0.495，

P

＜0.01）。这种相关模式差异表明，尽管这2 种嗜热真菌在大曲高温阶段同时生长，但它们可能在碳代谢网络中占据不同生态位，协同影响大曲风味形成。

Saccharomycopsis

与数种糖醇类化合物呈显著正相关，如赤藓糖醇、

D

-(＋)-半乳糖和

D

-(＋)-塔洛糖，这是因为该酵母具有较强分泌糖化酶的能力。有趣的是，

Leuconostoc

与多种代谢物呈显著负相关，特别是与

L

-异亮氨酸、

L

-酪氨酸、甘油苷和

D

-(＋)-塔洛糖等物质。这种广泛的负相关性支持了前人研究中明串珠菌属与大曲感官品质呈负相关的观察结果，进一步说明该菌群可能通过干扰正常代谢网络而影响大曲品质。

结 论

本研究对12 种不同小麦品种的品质性状、制曲品质、大曲中微生物群落结构及代谢物进行了系统分析，结果表明低籽粒硬度、蛋白质含量、湿面筋含量的小麦品种更适宜于生产优质大曲。微生物分析结果表明，相较于细菌，真菌对大曲品质可能具有更大的贡献。此外，木糖醇、甘油酸、

L

-苏醇、亚油酸、丁二酸和柠檬酸对大曲的品质具有潜在的关联性，同时这些化合物也是区分不同品种小麦所制大曲的潜在生物标志物。综上所述，本研究综合小麦品质特性、微生物群落和代谢物分析结果，提出一个“小麦品质-微生物群落-代谢产物-大曲品质”的关联模型。在此模型中，低硬度、低蛋白质含量的小麦品种首先通过影响物理结构和营养环境选择性促进嗜热青霉属等功能性真菌的生长，抑制明串珠菌属等不利微生物的繁殖；随后，这些功能性真菌通过特定的代谢途径产生多元醇类、糖类等有益代谢物，同时减少有机酸等不利代谢物的积累，最终形成品质优良的大曲。研究结果可为制曲专用小麦新品种选育和优质大曲发酵提供理论参考。

本文《小麦品种对浓香型大曲品质、微生物群落及代谢产物的影响》来源于《食品科学》2025年46卷第20期133-141页，作者：罗江陶，赵驰，汤奥星，张凤菊，杜禹锋，李治华，蒲宗君*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250417-138。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：普怡然 ；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。