白酒采用开放的多菌种固态酿造方式,在发酵过程中富集了复杂的微生物群落。研究微生物群体代谢特征对解析酿造机制和发酵定向控制具有重要的理论及应用价值。尿素是微生物氮代谢中重要的中间产物,且是致癌物氨基甲酸乙酯(Ethyl carbamate,EC)的重要前体物质。但目前群体微生物代谢尿素特征并不清晰,解析尿素形成机制对控制白酒中EC含量具有重要意义。清香类型白酒是我国最传统的酒种之一,采用清法和续法两种生产工艺。针对微生物群体尿素代谢特征,本研究以两种生产工艺的清香类型白酒为研究对象,评估酵母群体与尿素代谢相关性,寻找潜在的主要尿素产生菌,评价环境因素与酵母群落演替关系,并分析相互作用对尿素代谢的影响。本研究对丰富白酒酿造安全理论具有重要的理论价值和实践意义,为进一步控制白酒潜在安全风险和提升食品安全提供科学依据。主要研究结果如下:(1)为明确发酵过程中EC主要前体物质,分析发酵过程中3种潜在前体物质与EC的演变规律。相关性分析显示,尿素与EC呈极显著正相关(R=0.83,P<0.01),而瓜氨酸、氰化物与EC不呈显著相关性(P>0.05),说明尿素是发酵过程中EC的主要前体物质。针对白酒生产中尿素主要来源不明的问题,比较高粱、大曲、续糟(续酒)和发酵过程对尿素的贡献量。清酒和续酒发酵过程中尿素积累量为10.63 mg·kg-1和26.73 mg·kg-1,对发酵终点尿素的贡献率分别为41.8%和41.2%,说明发酵过程是尿素形成的重要环节。解析发酵过程中尿素形成机制,为减少EC含量提供理论依据。(2)针对尿素代谢相关微生物群体不清晰的问题,利用相关性分析评估酵母生物量与尿素之间的相关性,发现两者呈线性相关(R=0.44,P<0.01),表明酵母群体是尿素代谢相关的一类微生物类群。采用高通量测序技术解析发酵过程中酵母群落结构及演变规律。组间群落差异分析显示清酒发酵过程中有13个酵母种显著丰富,续酒发酵过程中有16个酵母种显著丰富。发酵过程中酵母群体不同演替轨迹可能受环境因素影响。结合偏最小二乘回归分析,清酒发酵过程中酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、发酵毕赤酵母(Pichia fermentans)和嗜高压有孢汉生酵母(Hanseniaspora osmophila)与尿素呈正相关(P<0.05),续酒发酵过程中S.cerevisiae、P.fermentans、盔形毕赤酵母(Pichia manshurica)、扣囊复膜酵母(Saccharomycopsis fibuligera)和异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus)与尿素呈正相关(P<0.05),说明这些酵母可能是发酵过程中潜在的主要尿素产生菌。(3)为寻找酵母群体尿素代谢的关键控制因素,探究工艺控制参数对酵母群落演替的影响。清酒与续酒发酵过程中差异环境因素有精氨酸、尿素、含水量、还原糖和乙醇(P<0.05)。根据典型对应分析(Canonical Correlation Analysis,CCA)结果,精氨酸和尿素是影响酵母群落演替最关键的环境因素。共现网络分析显示,精氨酸和尿素与潜在的主要尿素产生酵母(P.manshurica,W.anomalus和S.cerevisiae)呈极显著正相关(P<0.01)。续酒发酵过程中高含量精氨酸和尿素与其配料中加入续糟有关,表明生产工艺会影响发酵过程中酵母群落演替,进而影响潜在的主要尿素产生酵母生长。(4)为解析酵母群体尿素代谢特征,研究相互作用对尿素代谢的影响。纯种发酵实验显示,所研究的10种酵母均具有尿素合成活力,其中W.anomalus尿素合成活力最强(14179.98μg·L-1·OD-1)。W.anomalus与S.cerevisiae混合培养6 h时,尿素产量比两者纯培养分别提高了1.34倍和4.20倍。分析精氨酸酶编码基因转录水平变化,混合培养中W.anomalus转录水平提高了1.36倍,S.cerevisiae转录水平下降了39.2%,说明相互作用影响酵母尿素产生关键基因转录活性,从而影响尿素产量。