《Food Chemistry: X》：Comparative effects of wheat bran modifications by microwaving, steam explosion and solid-state fermentation on reconstituted dough properties and corresponding noodles qualities
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本研究针对传统白酒酿造中使用稻壳需额外蒸煮去味的高能耗问题，创新性地采用带壳大米（精糠优/萍香优品种）与高粱共发酵工艺。通过宏基因组与风味组学分析发现，带壳大米添加比例显著影响微生物群落结构及D-乳酸、腐胺等风味物质含量（P<0.05），并调控半乳糖代谢、苯丙氨酸代谢等关键通路。该工艺在保持出酒率（40.11–58.35%, P>0.05）的同时，将原料成本降低7%，为白酒产业原料优化提供新策略。
在中国传统酿酒工艺中，清香型白酒以其清爽甘冽的口感备受青睐。然而，其生产过程中长期存在一个能源消耗痛点——稻壳作为发酵填充剂需经高温蒸煮去除稻草味，这一环节不仅增加生产成本，更制约了绿色酿造技术的发展。稻壳作为稻米的外壳，在传统酿造中起到防止淀粉结块、增加发酵料孔隙度的关键作用，但预处理过程中的能耗与异味问题始终困扰着酿酒企业。
为解决这一行业难题，四川省农业科学院水稻高粱研究所的研究团队另辟蹊径，提出直接用带壳大米替代稻壳的创新方案。带壳大米天然包含稻壳成分，既可发挥物理支撑作用，又免去单独蒸煮环节。团队前期研究发现，仅用带壳大米酿制的白酒风味出众，这启发了他们将带壳大米与主要原料高粱进行共发酵的工艺探索。研究选取精糠优（垩白粒率95%）和萍香优（垩白粒率48%）两种理化特性差异显著的带壳大米品种，通过科学实验揭示原料配比对微生物生态及风味形成的影响机制。
为系统评估新工艺效果，研究设置三组对比实验：传统稻壳对照组（CG），以及分别添加10%、20%、30%带壳大米的实验组（JKY10/20/30、PXY10/20/30）。通过多组学联用技术，团队解析了发酵过程中微生物群落结构、风味物质动态变化及其代谢通路调控规律。研究发现，带壳大米的添加比例与D-乳酸、腐胺等风味物质浓度呈显著正相关，这些物质作为关键风味前体，直接决定了白酒的感官品质。更值得关注的是，带壳大米的垩白特性（淀粉颗粒排列疏松形成的白浊区域）可能通过促进微生物对营养物质的利用，间接提升了风味化合物的生成效率。
在技术方法层面，研究采用顶空-固相微萃取结合气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）分析风味化合物，通过16S rRNA和ITS扩增子测序解析微生物群落结构，结合正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析揭示代谢调控网络。所有实验均设置三个独立重复批次，确保数据可靠性。
3.1 出酒率、感官评价与生产成本
研究结果显示，不同原料配比的出酒率无显著差异（40.11–58.35%, P>0.05），证明新工艺未影响淀粉转化效率。感官评价表明20%带壳大米添加量效果最优，其中精糠优品种表现尤为突出。成本分析显示，带壳大米比例与每公斤白酒成本呈负相关，最佳配比（20%精糠优）可降低原料成本7%。
3.2 白酒风味化合物
GC-MS鉴定出63种风味物质，其中17种在实验组与对照组间存在显著差异。如图1所示，D-乳酸、对苯二甲酸等6种化合物浓度随带壳大米比例增加而上升（P<0.05）。主坐标分析（PCoA）证实原料类型显著影响风味轮廓（F=2.529, P<0.01）。
3.3 发酵谷物理化特性
发酵过程中pH、温度等参数变化趋势基本一致，但第3天出现明显转折点，暗示发酵关键期。实验组与对照组仅在初始淀粉含量存在细微差异，说明带壳大米主要通过调控微生物代谢而非物理参数影响发酵进程。
3.4 发酵谷物风味化合物
在发酵谷物中检测到161种风味物质，其中10种与白酒中差异化合物重叠。如图2所示，实验组在第3、5、8天的腐胺、肉豆蔻酸含量显著高于对照组（P<0.05），且风味组成受发酵时间与原料交互作用显著影响（F=5.98, P<0.001）。
3.5 微生物多样性
测序获得3563个扩增子序列变体（ASVs），覆盖度达99.92%–99.99%。细菌群落受原料类型显著影响（P<0.001），而真菌群落仅与发酵时间相关。如图3所示，实验组在第3天表现出更高的乳酸杆菌丰度，且微生物多样性随发酵进行而下降。
3.6 微生物群落演替
乳酸杆菌（Lactobacillus）和酿酒酵母（Saccharomyces）在发酵后期成为绝对优势菌属（70%–96%）。Spearman相关性分析显示，乳酸杆菌与D-乳酸、乙醇胺等风味物质的关联性因原料而异，在精糠优组中表现出更广泛的代谢网络。
3.7 微生物群落结构的理化驱动因素
冗余分析（RDA）表明，淀粉含量是所有组别微生物群落的关键驱动因子（P<0.05）。但实验组的真菌群落对还原糖响应更敏感，说明带壳大米改变了微生物的底物利用模式（表1）。
3.8 微生物群落代谢通路
KEGG分析揭示实验组中半乳糖代谢、苯丙氨酸代谢等11条通路显著激活（P<0.05）。PICRUSt2功能预测显示，丙酮酸代谢等能量代谢通路在发酵后期出现组间差异，印证了带壳大米对核心代谢网络的重编程作用（图4）。
研究结论表明，带壳大米共发酵工艺通过三重机制提升白酒品质：其一，稻壳的物理替代直接降低能耗；其二，大米垩白结构促进微生物营养获取；其三，特异性调控乳酸杆菌等核心菌群的功能代谢。该研究不仅为白酒酿造原料创新提供理论依据，更开创了多组学技术驱动传统工艺升级的范式。未来研究可深入解析垩白度与微生物互作的分子机制，进一步拓展酿酒原料的选择范围。论文发表于《Food Chemistry: X》，为食品发酵领域的原料-微生物-风味关联研究提供了重要案例。
