葡萄酒风味的形成是一个高度依赖多微生物协同作用的过程，其中酿酒酵母与乳酸菌在发酵过程中的互作关系，对有机酸平衡与香气复杂度具有重要影响。酒球菌（Oenococcus oeni）由于苹果酸-乳酸发酵能力与酿酒环境耐受能力突出，已广泛应用于提升葡萄酒品质，但其与酿酒酵母共存时在代谢层面的调控与互作关系尚不清楚，尤其是与挥发性物质、有机酸等产物相关的代谢途径，这限制了混合发酵工艺的深入优化。
近日，西北农林科技大学葡萄酒学院刘延琳教授所带领的“葡萄酒酵母种质资源创新与产业应用”团队在酿酒酵母与乳酸菌在酿酒过程中的互作研究发面取得新的突破，相关研究成果以封面文章形式发表于美国化学会旗下国际权威期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（doi: 10.1021/acs.jafc.5c11988），论文题为 “Stage-Resolved Transcriptional Regulation and Metabolic Interplay during Wine Fermentation with Saccharomyces cerevisiae and Oenococcus oeni”。
研究表明，酒球菌的加入显著影响了酿酒酵母的生长特性，并重塑了葡萄酒终产物中的酸类组成和芳香物质结构。对基因表达特征的分析结果表明，在混合发酵体系中，酿酒酵母的基因表达水平整体发生动态变化，尤其在硫代谢与应激响应路径中，部分基因表达方向发生逆转，表明酒球菌在转录调控层面对酵母产生了深刻影响。
进一步构建和整合群落基因组规模代谢模型，并使用阶段分辨的转录组对模型进行约束，系统揭示了两种微生物在不同发酵阶段的能量代谢与碳源利用策略。模拟结果表明，酒球菌在混合发酵中显示出对葡萄糖的低竞争力，却优先利用果糖并通过磷酸酮糖途径获取能量，其乙酸代谢关键反应（ACKr/PTAr）通量呈可逆性，可能调控乙酸含量积累。此外，研究还识别出酵母与乳酸菌之间多对具有代谢互作潜力的交换物质，涉及精氨酸、丝氨酸、苏氨酸等氨基酸，以及甘露醇等副产物。这些代谢行为的协同与竞争性共同塑造了混合发酵体系的代谢稳态与风味特征。
本研究是团队继早前关于酿酒酵母与非酿酒酵母混合发酵机制研究（J. Agric. Food Chem., doi:10.1021/acs.jafc.5c00722）之后，在酵母与乳酸菌互作体系中开展的又一项系统性工作。通过系统描绘葡萄酒发酵过程中酵母与乳酸菌之间的转录调控与代谢互作景观，为风味靶点识别与混合发酵策略的精准优化提供了理论依据。该成果在多维组学整合建模方面的创新性探索，有望为葡萄酒发酵风味定向控制和工艺工程化设计提供新路径。该工作进一步拓展了对不同类型微生物在葡萄酒发酵生态中的代谢调控机制的系统认识，构成了团队在混合发酵机制解析方面的持续研究布局。
西北农林科技大学博士后孙清为该论文第一作者，刘延琳教授为主要通讯作者。我校生命学院陶士珩教授与博士后王澔为共同通讯作者。该研究由国家自然科学基金（U21A20269, 32372312, 32171458, 32402163）资助完成。
