全基因组分析揭示了黑褐酵母（Aureobasidium melanogenum）在去除肉豆蔻种子中的黄曲霉毒素B1以及抑制黄曲霉（Aspergillus flavus）生长方面的遗传潜力
《International Journal of Food Microbiology》：Whole-genome analysis reveals the genetic potential of yeast
Aureobasidium melanogenum DAP1 for aflatoxin B1 decontamination and
aspergillus flavus inhibition in nutmeg seeds
编辑推荐：
酱油味白酒多轮固态发酵中传统与机械化工艺对比研究表明，传统工艺因湿度高、酸化快，导致α多样性骤降并形成以醋酸杆菌为主（>90%）的单一优势菌群，而机械化工艺维持更高多样性及多菌种核心群落。酸胁迫下，传统工艺中QS相关模块显著富集（ LuxS/AI-2信号通路），并通过协同激活酸适应基因（ATPF1A、clpP等）增强菌群稳定性。生理化学分析显示传统工艺酸积累更显著（乳酸占有机酸>70%），而机械化工艺在淀粉、还原糖消耗速率及水分控制上更优。研究首次揭示酸胁迫下LuxS/AI-2信号通路与群落收敛的关联机制，为白酒发酵优化提供QS调控靶点。
董伟伟|叶天伦|张宗杰|安龙旭|彭亚轩|陈友伟|张宇|卢柯|陈申曦|赵淑苗|胡元亮
中国湖北省湖北师范大学生命科学学院可食用野生植物保护与利用重点实验室，黄石市
摘要
酱香型白酒通过多轮固态发酵产生，过程中酸度逐渐增加。然而，细菌群落如何适应这种极端的酸性压力，以及群体感应（QS）相关特征是否参与其中，目前尚不清楚。本研究通过宏基因组测序和理化分析方法，对比了传统工艺和机械化工艺下八轮窖发酵的发酵谷物。传统工艺的湿度更高，酸化速度更快且程度更强烈，乳酸积累更多，还原糖和淀粉的消耗也更快。这些条件导致传统工艺下的细菌α多样性显著下降，菌群主要由金山醋酸乳杆菌（Acetilactobacillus jinshanensis）（>90%）主导；而机械化工艺则保持了较高的多样性，菌群以金山醋酸乳杆菌、耐酸乳杆菌（Lactobacillus acetotolerans）、芽孢杆菌（Bacillus）和放线菌为主。典型对应分析表明，酸度（乳酸）是导致这些差异的主要环境因素。QS基因分析显示，LuxS/AI-2相关模块是传统工艺中最丰富的QS相关特征。功能注释发现，在高酸度条件下，ATPF1A、clpP、ATPF1B、dnaK和groEL等酸适应基因的表达协调增强。网络分析进一步表明，金山醋酸乳杆菌、QS模块和酸适应基因之间存在紧密的关联，支持了群体水平上的QS相关功能框架。总体而言，本研究将LuxS/AI-2相关特征与酸适应能力和金山醋酸乳杆菌在高酸度环境中的优势联系起来。这些发现为高酸度固态发酵中微生物的适应性提供了生态学见解，并为未来白酒生产中的QS相关研究提供了方向。
引言
白酒酿造是一种典型的封闭式固态发酵过程，其中多种微生物在发酵谷物中定殖，共同驱动底物转化和风味生成（Hao等人，2021年）。这些微生物群落分泌多种水解酶，如淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶，将淀粉、蛋白质和脂质分解为还原糖、氨基酸和脂肪酸（Liao等人，2023年）。中间产物进一步代谢为乙醇、有机酸、高级醇、酯类、酮类、醛类和芳香化合物，共同构成了白酒的独特感官特性（Lu等人，2022年）。除了贡献风味外，有机酸还是发酵过程中重塑微生物群落的关键生态因素（Miao等人，2022年；Ji等人，2023年，2025年）。随着发酵的进行，固态基质逐渐酸化，导致有机酸持续积累（Yang等人，2019年；Hao等人，2021年）。这种持续的酸压力带来了强烈的选择压力，加速了微生物的更替，并有利于耐酸菌株的生存（Fan等人，2024年）。因此，群落的持续性和功能性依赖于强大的酸适应机制（Hao等人，2021年）。
固态发酵的一个核心但常被忽视的特点是其显著的空间异质性和受限的质量传递。与混合良好的液态发酵不同，谷物基质内的扩散受到限制，导致氧气、水分、温度和酸度的微尺度梯度形成并持续存在，从而形成局部生态位，迫使微生物在高度结构化的环境中协调代谢和应激反应（Fan等人，2024年；Chen等人，2024a）。在这种条件下，微生物之间的相互作用（包括资源竞争、互利合作和代谢物交换）成为发酵速率和产品质量的关键决定因素（Hao等人，2021年；Tu等人，2022年；Dai等人，2025年）。重要的是，代谢劳动的分工不仅受内在生理特性和环境变化的影响，还受细胞间通信的调控，这种通信在空间分离的微生境中协调集体行为（Zeng等人，2023年）。
在这方面，群体感应（QS）提供了环境信号与群体行为之间的机制联系。QS使微生物能够通过小分子感知群体级信号，并以密度和情境依赖的方式共同调节基因表达、代谢活动和应激反应（Waters和Bassler，2005年；Zeng等人，2023年）。在食品发酵中，QS与生物膜形成、细菌素产生、形态转变和增强耐酸性相关，所有这些都有助于在恶劣和波动条件下稳定群体功能（Johansen和Jespersen，2017年；Fala等人，2022年；Zhai等人，2025年；R. Zhang等人，2025年；Z. Zhang等人，2025年）。因此，在封闭式固态白酒生态系统中，由于生态选择压力较大，QS预计在调节微生物更替和维持功能稳定性方面发挥重要作用。
酱香型白酒特别适合研究QS相关的生态适应性，因为它代表了长期、逐步酸化的固态发酵的极端形式。在一个年度周期内，其生产过程包括八轮连续发酵，每轮持续超过35天，包括堆叠发酵（5-7天）和窖发酵（约30天）（Yang等人，2019年；Hao等人，2021年）。在这些轮次中，有机酸逐渐积累，发酵环境变得越来越酸，乳酸占总酸度的70%以上，通常超过浓香型和淡香型白酒的酸度（Hao等人，2021年；Dong等人，2020年，2024a；Yang等人，2019年；Liao等人，2023年）。这种多轮、高酸度的固态发酵环境创造了严格的持续选择压力，为研究微生物如何适应持续酸压力提供了宝贵的自然平台。多项研究已表明，QS与多种发酵系统（包括发酵蔬菜、酸奶和醋）中的酸适应相关，QS信号有助于在酸化条件下调节应激反应和群体行为（Johansen和Jespersen，2017年；Li等人，2023年；R. Zhang等人，2025年）。因此，可以合理假设，在酱香型白酒发酵过程中，随着酸度的增加，QS相关的通信可能有助于协调酸适应策略，使微生物保持功能性和生态竞争力。
为了解决这些问题，我们收集了传统工艺和机械化工艺下八轮窖发酵结束时的发酵谷物，并应用宏基因组测序技术来分析细菌群落动态。通过整合理化参数和群体水平的功能注释，这项工艺比较宏基因组研究旨在描述工业固态发酵系统中持续酸压力下的QS相关功能特征，为后续的针对性验证提供生态学框架。
样本收集与处理
样品来自2022-2023年酿造周期期间贵州省的一家酱香型白酒酒厂。样品来自八轮发酵（R1-R8），包括机械化（M）和传统（T）工艺（图S1）。每种工艺选择了三个具有历史稳定性和高度相似酒质的发酵窖作为生物学重复样本，并按照相同的生产协议进行操作
理化性质动态
在酱香型白酒的八轮窖发酵过程中，监测了发酵谷物的五个关键理化参数（水分、酸度、乳酸、还原糖和淀粉）（图1）。两种工艺下的水分含量均随轮次增加而稳步上升。在传统工艺组中，水分含量从第1轮的41.38%上升到第8轮的56.92%，始终高于机械化工艺组（39.94%-46.87%）（图1A）
结论
本研究通过工艺比较分析，揭示了酱香型白酒发酵过程中细菌群落群体水平的QS相关酸适应模式。传统工艺以快速酸化为特征，促进了金山醋酸乳杆菌的绝对优势；而机械化工艺则在适度酸度下维持了更高的微生物共存。共现网络分析进一步表明，细菌之间存在紧密的关联
作者贡献声明
董伟伟：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，软件应用，方法学，资金获取，概念构思。叶天伦：软件应用，方法学，数据管理。张宗杰：方法学，调查，数据分析。安龙旭：方法学，数据管理。彭亚轩：方法学，数据分析，数据分析。陈友伟：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿。张宇：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿。卢柯：
致谢
本研究得到了湖北省可食用野生植物保护与利用重点实验室（EWPL202306）、湖北省重点研发计划（2023BBB004）、湖北省重点实验室在中央指导下的地方项目（2025BSB052）以及中国湖北省自然科学基金（2025AFB267）的支持。
