欢迎您访问葡藤匠心网！
关注微信公众号：葡藤匠心、葡萄酒学报
获取更多信息
【学术】FRI|西北农林科技大学葡萄酒学院的姜娇副教授和刘延琳教授：葡萄品种驱动的真菌群落组装决定自然发酵中葡萄酒香气的差异
发布时间：
2025-10-16
来源：
葡萄研究
Food Research International| 确定性与随机性：葡萄品种驱动的真菌群落组装决定自然发酵中葡萄酒香气的差异
近日，西北农林科技大学葡萄酒学院的姜娇副教授和刘延琳教授及其团队在《Food Research International》期刊上发表了题为《Deterministic vs. stochastic: Fungal assembly driven by grape cultivar dictates divergent wine aromas in spontaneous fermentation》的研究性论文（一区，IF=8.0）。该研究以中国蓬莱产区的马瑟兰（Marselan，MS）和品丽珠（Cabernet Franc，CF）葡萄为实验材料，通过高通量测序、挥发性成分分析、中性群落模型（NCM）、零模型及 Spearman 相关性分析等技术手段，系统探究了葡萄品种对自然发酵过程中真菌群落组装的驱动作用及其对葡萄酒风味分化的影响。研究分析了两种葡萄发酵过程中真菌群落的动态变化、关键挥发性风味物质的积累差异，以及优势真菌属与风味物质的关联，揭示了葡萄品种主导的真菌群落组装机制差异 ——MS 的真菌群落组装受确定性过程调控，CF 则以随机性过程为主；同时明确了 “品种→真菌群落动态→代谢网络→风味分化” 的级联路径：MS 表皮以酿酒酵母（Saccharomyces）为主，其葡萄酒 C6 醇、脂肪酸和酚类含量显著更高，呈现草本与烘烤香气，且 Saccharomyces 和 Kazachstania 是关键风味驱动菌；CF 表皮以枝孢菌（Cladosporium）为主，葡萄酒中酯类和萜烯类占优，强化花香与辛辣味，风味主要由 Saccharomyces 和 Hanseniaspora 驱动。这一发现首次量化了葡萄酒自然发酵中品种驱动微生物组装的生态机制，为解析葡萄酒 “风土” 的微生物基础提供了关键科学证据，同时对指导葡萄酒自然发酵实践、优化发酵工艺以提升产品风味品质具有重要的理论与实践意义。
Background
自然葡萄酒发酵凭借独特的微生物动态及 “微生物风土” 效应，成为研究香气复杂性的关键模型，其相较于商业酿酒酵母发酵能产生更丰富的酯类、萜烯类、酚类等香气化合物，这与非酿酒酵母、乳酸菌等原生微生物的代谢竞争相关，且已有研究明确了 Hanseniaspora opuntiae、Saccharomyces cerevisiae 等特定微生物对香气物质（如乙酸异丁酯、辛酸乙酯）及酸度的调控作用；葡萄酒风土由气候、土壤、微生物等多因素塑造，而葡萄品种作为遗传载体，不仅影响自身生理特性与代谢途径，还会导致不同品种表皮定植差异显著的微生物群落（如赤霞珠表皮以 Cladosporium、Aureobasidium 为主，黑皮诺则以 Metschnikowia、Wickerhamomyces 为主），葡萄表皮蜡质层成分及果实成熟度等也会影响微生物组成，成熟葡萄表面微生物更是决定葡萄酒区域独特性（风土表达）的关键生物因素；此外，自然发酵中微生物群落组装涉及确定性过程（生态位选择，如理化相互作用、营养条件）与随机性过程（中性理论，如孢子扩散、生态漂变），虽已有研究揭示微生物对葡萄酒品质的影响，但发酵过程中微生物群落的组装机制及其对挥发性风味化合物形成的具体贡献仍待进一步阐明，基于此，本研究旨在系统探索马瑟兰与品丽珠葡萄汁的微生物群落组成及发酵过程中真菌群落结构与挥发性风味化合物谱的动态演变，并深入探究相关科学问题。
Results
1. 马瑟兰（MS）与品丽珠（CF）葡萄汁及发酵过程中真菌群落结构存在显著差异
研究发现，MS 和 CF 葡萄汁的真菌群落组成差异明显，MS 葡萄表皮中酿酒酵母（Saccharomyces）丰度更高，而 CF 葡萄表皮中枝孢菌（Cladosporium）占比显著增加，且 Cladosporium 的丰度与葡萄浆果的健康状况密切相关。发酵过程中，两种葡萄的真菌群落动态演变也存在区别，MS 发酵体系中核心真菌属包括 Saccharomyces、Hanseniaspora、Colletotrichum 等，CF 发酵体系中则以 Saccharomyces、Cladosporium、Candida 等为关键类群，这些差异进一步印证了葡萄品种对真菌群落结构的决定性影响。
2. 微生物组成差异显著影响葡萄酒挥发性化合物含量及香气特征
两种葡萄发酵过程中，挥发性化合物的积累呈现品种特异性，其中异戊醇、异丁醇、苯乙醇、1 - 丙醇和乙酸乙酯可作为区分 MS 和 CF 葡萄酒的潜在标志物。从香气特征来看，MS 葡萄酒以浓郁的果香为主，辅以明显的草本和花香特征，这与其中较高含量的 C6 醇、脂肪酸和酚类物质相关；CF 葡萄酒则以果香为基础，伴有显著的香料和草本气息，主要由其优势的酯类和萜烯类化合物贡献，这些挥发性化合物的差异最终导致了两种葡萄酒的风味分化。
3. 不同葡萄品种中优势真菌属与关键挥发性化合物的关联存在差异
相关性分析表明，MS 葡萄酒中，Saccharomyces 和 Kazachstania 与关键挥发性化合物（如酯类、高级醇类）呈显著正相关，是驱动其风味形成的核心微生物；而在 CF 葡萄酒中，与关键挥发性化合物正相关的优势真菌属为 Saccharomyces 和 Hanseniaspora。这一结果说明，葡萄品种通过筛选特定的优势微生物群落，间接调控了葡萄酒风味化合物的生成，非酿酒酵母（如 Kazachstania、Hanseniaspora）在自发发酵中对风味品质的塑造作用不亚于甚至在部分方面超过酿酒酵母。
4. MS 与 CF 自然发酵的真菌群落组装分别受确定性与随机性过程主导
生态过程分析显示，MS 葡萄自然发酵中，真菌群落组装主要受确定性过程调控，其中由品种特性驱动的均质选择占比达 70.5%，这一过程虽提升了发酵的稳定性，但可能限制风味复杂性；CF 葡萄自然发酵的真菌群落组装则以随机性过程为主，包括漂移（40.9%）、扩散限制（34.3%）和均质扩散（21.0%），随机性过程虽可能产生独特风味，但对发酵过程的一致性构成挑战，且 CF 发酵体系存在 “随机性陷阱” 风险。
5. 研究阐明品种驱动的葡萄酒风味形成级联机制并提供科学依据
本研究首次证实了不同葡萄品种自然发酵过程中真菌群落组装机制的差异，明确了 “品种→真菌群落动态→代谢网络→风味分化” 的级联传递机制。该发现不仅为解析葡萄酒 “风土” 的微生物基础提供了关键科学证据，还深化了对葡萄酒风味形成机制的理解，为优化自发发酵工艺、提升葡萄酒产品品质提供了理论指导和实践参考。
图文赏析
通讯作者
姜娇
博士，西北农林科技大学副教授，硕士研究生导师。主要研究方向为葡萄酒微生物资源的保护、创制、开发利用和葡萄酒酿造技术，参与建设了全球最大的本土葡萄酒酵母种质资源库。主持国家自然科学基金、陕西省重点研发项目等国家级、省部级项目6项，推广项目1项。以第一/通信作者在Food Microbiology等食品领域期刊发表论文近20篇，申请中国发明专利6件，获批3件。作为副主编参编国家林草局“十四五”规划教材《葡萄酒工艺学实验》。
刘延琳
博士，教授，博士研究生导师，国内外知名葡萄酒专家，多项国际国内葡萄酒大赛评委。国家葡萄产业技术体系建设加工与贮运研究室主任、酿酒微生物岗位科学家。主要从事葡萄酒与酿酒微生物方面的教学、科研和推广工作，发表论文100余篇，其中高水平SCI科研论文20余篇。建立中国葡萄酒微生物资源库，保有资源逾万份。研发两个中国本土优良葡萄酒酵母菌种并进入工业化应用。科研获奖4项，获批专利一项。创建西北农林科技大学葡萄酒学院Tasting Panel葡萄酒专业品鉴平台。
推荐下载
