在茅台风味白酒（MFB）酿造中，高温堆积（SFP）发酵通过富集环境微生物，对后续发酵和酒质至关重要。温度是堆积质量的关键，但生产中常因温度不达标导致堆积时间延长，影响生产节奏和基酒稳定性。因此，阐明发酵谷物升温机制及其影响因素，对提升MFB酿造科学认知和优化工艺具有重要意义。

2025年2月27日，由江南大学徐岩教授团队在国际期刊《Chemical Engineering Journal》（IF=13.4）上发表的题为“Comprehensive analysis of spatiotemporal heterogeneity reveals the effects of physicochemical and biological factors on temperature rise during the Moutai-flavor Baijiu stacking fermentation process”的文章。研究用绝对定量扩增子测序分析不同温升模式下发酵谷物的综合时空异质性。首次可视化了MFB发酵的升温过程，揭示了高（HT，>50°C）和低温 （LT，< 40°C）峰值温度组的时空异质性。为MFB生产中的工艺优化和质量控制策略提供了建设性建议。

图 1 图形摘要。

一、MFB堆积发酵可视化模型建立

通过R语言和克里金插值法对时空温度数据进行分析，首次直观揭示了MFB堆积发酵中温升的启动与传播规律。高温（HT）组在12-36 h内，堆心和堆中部温度率先升高，36-60 h热量向堆表扩散，60-86.5 h堆表形成高温层，峰值温度超过53 ℃。低温（LT）组升温缓慢，堆表温度在72-108 h逐渐升高，最高温度仅为38 ℃，显著低于HT组。

图2. （A）酱香型白酒酒醅中的采样点。（B）高温组酒醅温度分布。（C）低温组酒醅温度分布。

二、不同温升差异的关键因素探索

为揭示发酵参数与温度的关系，采用斯皮尔曼相关性分析发现，7个理化参数中6个与发酵温度极显著相关（P < 0.001）。酸度（ρ = 0.496）、乳酸（ρ = -0.489）、乙酸（ρ = -0.414）和还原糖（ρ = -0.338）与温度呈显著负相关，而淀粉（ρ = 0.454）与温度呈显著正相关。酸作为发酵产物和微生物群落演替的驱动因素，高酸环境会抑制微生物多样性、生长代谢及淀粉利用，减少乙醇和风味化合物的生成，因此调节酸度至关重要。通过偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和变量投影重要性（VIP）分析，发现高温（HT）组和低温（LT）组的温升模式差异显著，其中酸度（VIP = 1.454）、乳酸（VIP = 1.443）和乙酸（VIP = 1.317）是导致差异的关键因素。

图3. 堆积发酵温度与理化因子含量的线性回归。（A）酸度。（B）乳酸。（C）乙酸。（D）还原糖。（E）乙醇。（F）淀粉。（G）PLS-DA分析。（H）理化因子的VIP值。

三、堆积期间微生物群落演替、组装模式和多样性研究

在原位系统理化因素的驱动下，微生物群落的演替促进了生物热产生，导致酒醅温度升高。通过绝对定量扩增子测序分析发现，高温（HT）组中毕赤酵母和酵母菌在发酵初期占据优势，后期乳杆菌逐渐成为堆中和堆心的优势菌种；低温（LT）组中乳杆菌和醋酸乳杆菌在堆心大量繁殖并保持绝对优势。HT组微生物群落多样性较高，组装过程以随机性为主，而LT组细菌群落受确定性过程（如环境选择、种间竞争）主导，真菌群落仍以随机性为主。酸度是影响温升模式的关键因素，LT组较高的酸含量导致乳杆菌和醋酸乳杆菌占据优势，而HT组中毕赤酵母、酵母菌和乳杆菌共同主导群落结构。

图4. （A）HT组不同时空位置组微生物属水平分布。（B）LT组不同时空位置组微生物属水平分布。（C）细菌和真菌群落的Chao1指数。（D）细菌和真菌群落的Pielou指数。（E）HT-细菌组装模式。（F）HT-真菌组装模式。（G）LT-细菌组装模式。（H）LT-真菌组装模式。

四、发酵过程特征微生物的鉴定

通过随机森林模型分析，确定15个影响温度升高的特征微生物属，其中Pichia与温度升高的正相关性最强（ρ = 0.6，P < 0.001），是升温的关键驱动因素。Pichia、Saccharomyces等产乙醇真菌与温度正相关，而Kroppenstedtia、Bacillus等嗜热微生物参与高温代谢及淀粉、蛋白质分解。乳酸菌属和醋酸乳杆菌属通过产生有机酸抑制酵母菌生长，可能导致发酵异常和风味失衡。

图5. （A）交叉验证辅助评价。（B）将随机森林模型预测。（C）节点纯度的增加、均方误差的百分比增加。（D）发酵温度和特征微生物绝对丰度的拟合结果。

五、发酵谷物中关键微生物的产热能力评估

实时微量热法（IMC）显示，P. kudriavzevii H1产热量最高（16.011 J），酿酒酵母H3最快达到峰值热流（366.847 μW）。酵母菌的产热能力高于乳酸菌和芽孢杆菌，是MFB SFP的主要生物热贡献者。乳酸菌（如L. panis R2）显著抑制P. kudriavzevii H1和Z. bailii H2的产热，而酿酒酵母H3的产热略有增加。高丰度乳酸菌减少酵母菌产热，导致升温变慢。低浓度乳酸（20 g/L）下，Z. bailii H2产热增加但生长受抑制，P. kudriavzevii H1耐受性更高；高浓度乳酸（≥50 g/L）显著抑制所有菌株的产热和生长。乳酸通过影响细胞代谢抑制酵母菌的产热和生长。

图6. （A）单菌株在酒醅浸出液中的产热能力（B）单菌株在灭菌糟醅中的产热能力。（C）高粱汁培养基中不同乳酸盐浓度下单个菌株的产热能力。（D）高粱汁培养基中不同乳酸浓度下的单菌生长曲线。

总结

1、SFP中关键理化因素与温度升高的关系

酸度、乳酸和乙酸与发酵温度呈显著负相关（P < 0.001），是影响温度升高的关键理化因素。

2、微生物群落演替与生物热产生

揭示了高（HT，>50°C）和低（LT，<40°C）峰值温度组微生物群落的时空异质性。酵母菌是生物热的主要贡献者，而乳酸菌显著抑制毕赤酵母和接合酵母的产热。

3、乳酸对微生物产热和生长的影响

乳酸显著抑制优势酵母菌的产热能力和生长，高浓度乳酸（≥50 g/L）完全抑制酵母菌的产热。

4、对白酒发酵实践的意义

本研究首次将绝对定量扩增子测序应用于MFB SFP，为生物热控制理论和异常发酵的调控策略提供了科学依据。未来可通过优化微生物群落组成提高发酵效率和产品质量。