传统山西老陈醋酿造工艺是以高粱为主要原料,大曲为发酵剂的传统固态自然发酵过程。本论文以山西老陈醋酿造过程为主要研究对象,对山西老陈醋微生物酿造机理进行了阐释。首先,应用Illumina Miseq高通量测序技术对酿醋微生物群落组成和多样性进行详细的剖析;其次,借助现代分析仪器(液相色谱和气质联用仪)对酿造过程的理化指标和风味物质(有机酸和挥发性香气成分)的组成和动态变化进行监测分析;在此基础上通过多元统计分析方法对酿醋微生物与理化因子、风味物质的相关性进行数据挖掘,寻找与理化因子、风味物质合成相关的微生物菌群。通过Illumina Miseq高通量测序分析,发酵过程中门水平上共检测到5个细菌门:厚壁菌门(81.24%)、变形菌门(15.78%)、放线菌门(0.10%)、拟杆菌门(0.16%)和蓝细菌门(0.65%);属水平上,微生物群落共包含12个细菌属,其中魏斯氏菌属(28.01%)和乳杆菌属(59.48%)是主要的细菌。魏斯氏属相对丰度先升高后降低,发酵末为3.01%;乳杆菌属逐渐繁殖至发酵末期的94.61%。进入醋酸阶段,醋杆菌属(65.37%)和乳杆菌属(29.15%)是主要细菌,乳杆菌属发酵前期相对丰度较高,后期逐渐下降;醋杆菌属相对丰度逐渐升高,末期达到87.58%。山西老陈醋整个发酵阶段真菌群落动态监测结果表明:酒精发酵阶段共检测到3个真菌门:子囊菌门(75.68%)、担子菌门(24.15%)和接合菌门(0.04%)。酒精发酵真菌属水平上,共包含28个真菌属,其中假丝酵母菌属(88.39%)和木霉属(2.01%)是酒精发酵阶段的主要真菌。假丝酵母菌属相对丰度一直维持较高水平;木霉属逐渐降发酵末期的2.97%。进入醋酸阶段,链格孢菌属(24.81%)、假丝酵母菌属(20.49%)、小丛梗孢属(12.36%)和隐球酵母菌属(7.93%)为主要真菌属,链格孢菌属呈先增后降的趋势;假丝酵母菌属在醋酸发酵过程至波动较为剧烈,末期丰度为15.42%;小丛梗孢属在AAF9被检出,末期丰度为35.11%;隐球酵母菌属丰度持续降低,末期仅为5.79%。对山西老陈醋整个酿造过程理化指标的变化进行了检测,酒精发酵温度先升后降;pH、还原糖和可溶性固形物含量降低;而酒精度和酸度在发酵过程中上升,末期分别达到5.7%和1.34g/100g。采用色谱技术监视山西老陈醋整个酿造过程的风味物质动态变化,酒精发酵有机酸总量由AF0的0.5050 g/100g升至AF8的1.5229 g/100g,乳酸占总有机酸含量的58.88%;乙酸、草酸、丙酮酸、柠檬酸和琥珀酸在酒精发酵阶段呈上升趋势。酒精发酵过程中共定性检测出66种挥发性香气成分,其中酯类物质、醇类物质和挥发性酸类在发酵末期相对含量分别达到51.18%、17.21%和0.77%进入醋酸发酵后,酸度急剧增高至发酵末期的4.66 g/100g;不挥发性酸、氨基氮含量和温度皆呈先增后降的趋势;pH和还原糖降低至末期的4.19和0.86g/100g。乙酸和乳酸含量急剧增加,分别由第0天的0.0950 g/100g和0.2343g/100g增长至末期的0.9530 g/100g和0.6775 g/100g,占总有机酸含量的64.43%。酯类物质共检测出35种,相对含量呈先升后降的趋势,末期达到53.26%,醇类物质的种类及含量大大降低,只检测出7种醇类物质,发酵末期(12d)含量为9.35%,挥发性酸类由第0天的0.83%升至醋酸发酵末期的14.5%。同时对熏醅和新淋醋的理化指标和风味物质进行检测。结果表明:熏醅过程中不挥发酸和酸度皆呈上升趋势。乳酸含量上升;乙酸含量降低。酯类物质、醇类物质和挥发性酸类相对含量皆降低,杂环类化合物中糠醛和四甲基吡嗪的含量增长较快。新淋醋中乳酸和乙酸含量最高,分别占有机酸总量的30.75%和62.97%。挥发性香气成分共检测出12种酯类、3种醇类和1种挥发性酸,另检测出8种醛类及10种其他杂环类物质。采用典范对应分析对山西老陈醋发酵过程理化因子和细菌属的相关性进行分析,在酒精发酵过程中AF4区域内的乳杆菌属及魏斯氏菌属和酸度呈正相关关系,片球菌属和芽孢杆菌属和温度呈正相关关系,乳球菌属、泛菌属等聚集在AF0附近,与pH呈正相关性。醋酸发酵的酸度和pH值为相对重要的理化因子,醋酸菌属、乳球菌属、明串珠菌属、泛菌属与酸度呈正相关性。采用偏最小二乘分析对山西老陈醋发酵过程有机酸和细菌属水平的相关性进行探究,酒精发酵中乳杆菌属与乳酸、乙酸、柠檬酸、丙酮酸、草酸和琥珀酸有较高相关性,乳球菌属和魏斯氏菌属与酒石酸和苹果酸具有相关性。进入醋酸发酵,细菌属中乳杆菌属和醋杆菌属与乙酸、柠檬酸、草酸、酒石酸和苹果酸具有较强相关性。采用偏最小二乘分析对山西老陈醋发酵过程挥发性香气成分和微生物属水平的相关性进行探究,在山西老陈醋酒精发酵的细菌属中,片球菌属和魏斯氏菌属与3种酯类相关性较高,与乳杆菌属具有较强相关性的香气成分包括乙醇和大部分酯类。进入醋酸发酵,细菌属中的醋杆菌属、明串珠菌属和乳球菌属与乙酸、乙酸乙酯和乙偶姻等具有相关性,乳杆菌属与部分酯类相关性较高。对真菌属和理化因子的相关性进行探究,结果表明:酒精发酵中对真菌属相关程度较大的理化指标为还原糖含量、pH值和酒精度,假丝酵母属和单孢瓶霉属与酒精度呈正相关关系,且与还原糖负相关。醋酸发酵中AAF5和AAF7与温度和不挥发酸呈正相关性,与汉纳酵母属、布勒掷孢酵母属及新腔球菌属负相关。醋酸发酵中与乳酸有较强相关性的真菌属为假丝酵母属。在酒精发酵真菌属中,假丝酵母菌属与乙醇和乙酸乙酯的生成相关,曲霉属与部分酯类具有相关性。醋酸发酵中,假丝酵母菌属和小从梗孢属与乙酸乙酯和乙偶姻具有较高相关性,链格孢霉属对大部分酯类的生成具有贡献作用。不同陈酿年份四大名醋的指纹图谱差异性主要表现在:~1H-NMR指纹图谱可定性出28种化学成分,陈酿10年山西老陈醋和陈酿8年保宁麸醋与色氨酸、酪氨酸和5-羟甲基糠醛具有较高相关性。8年陈酿镇江香醋主要与乙酸、谷氨酰胺、色氨酸和酪氨酸高度相关。陈酿8年永春老醋与乙酸、丙酮酸、胆碱、磷酸胆碱、谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、天冬氨酸和甘氨酸高度相关。傅里叶变换红外指纹图谱可定性出醋中主要化合物,可以特征波段鉴别不同陈酿年份四大名醋。采用电子鼻可鉴别四大名醋种类和陈酿年份,且电子鼻传感器S5、S8、S9、S10及S13对乙酸乙酯、乙酸、3-甲基丁酸、川芎嗪、糠醛较为敏感。S1与乳酸乙酯、苯甲醛及椰子醛相关性较高。S7和S11传感器对2-甲基丁酸、2-乙酰基呋喃及3-辛酮敏感度较高。传感器S2和S4与乙偶姻、壬醛及癸醛高度相关。采用电子舌技术可对不同陈酿年份四大名醋进行快速鉴别,不同陈酿年份醋样分布在主成分图中不同区域,可将不同陈酿年份的四大名醋进行区分。