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大曲是中国白酒生产必需的糖化发酵剂,目前国内外对大曲微生物和挥发性化合物的研究越来越深入,但是对大曲微生物和挥发性化合物的相互关系的认识还不够。本研究以浓香型大曲主发酵过程为主线,基于Illumina高通量测序技术对大曲微生物(真菌、细菌)的多样性和菌群结构进行解析,通过顶空固相微萃取-气质联用技术对挥发性化合物进行测定,检测大曲发酵中的发酵参数(温度、水分、酸度);探究大曲主发酵期的阶段性及其特征,确定各阶段的差异性物种,并结合偏最小二乘回归分析和相关性网络分析寻找基于挥发性化合物的核心功能微生物。结果表明:1、大曲发酵温度可分为3个阶段:升温期(第0~5天)、顶温期(第5~13天)和降温期(第13~29天);水分从40.56±0.31%开始在升温期呈现持续下降的趋势,最终平稳在11.13±1.10%;酸度在快速升温期迅速上升至1.25±0.07,随后缓慢下降至0.44±0.06。通过感官评价发现,在升温期,大曲表面水分被利用或蒸发,断面边缘有明显的乳白色菌体,闻香有明显的酯香味;在顶温期,菌丝不断向里生长,表面和断面均有明显的乳白色“穿衣”现象;在降温期,菌丝趋于饱满,菌丝呈灰白色,闻香上有较明显的曲香。检测有68种挥发性化合物,其中酯类20种、醇类13种、醛酮类11种、烷烯类14种、其他类化合物10种,其中酯类和醇类化合物含量占据主导优势,分别为45.41%、29.03%;通过Heatmap聚类分析,发现挥发性化合物的产生主要集中在顶温期,化合物含量在降温期较稳定,反映了大曲发酵挥发性化合物含量演变的连续性和阶段性。2、在大曲发酵过程中相对丰度优势物种包括Weissella(魏氏菌属),Lactobacillus(乳酸杆菌属),Pantoea(泛酸菌属),Leuconostoc(明串珠菌属),Cyanobacteria(挪威蓝杆菌属)为优势细菌,Thermomyces(嗜热真菌属)、Thermoascus(嗜热子囊菌属)和Rhizopus(根霉菌属),说明大曲微生物在发酵过程中逐渐演变成为由丰度优势菌群所组成的群落。通过多样性组间差异分析和相似性ANOSIM/Adonis分析,大曲微生物群落在升温期、顶温期和降温期三个不同的发酵阶段均有较大差异(P<0.05),其中,升温期与顶温期的显著性差异物种有:Cyanobacteria、Lactobacillus(乳酸杆菌属)、Thermoascus、Dipodascus(双足囊菌属)、Saccharomycetales(酵母菌属)、K.Fungi、Thermomyces、Rhizomucor(根毛霉属)、Candida(念珠菌属);升温期与降温期的显著性差异物种有:Weissella、Cyanobacteria、Saccharopolyspora、Bacillus(芽孢杆菌属)、Staphylococcus(葡萄球菌属)、Aspergillus(曲霉菌属)、Thermoascus、Thermomyces、Dipodascus、Saccharomycetales、K.Fungi、Rhizopus、Candida;顶温期与降温期的显著性差异物种有:Lactobacillus、Saccharopolyspora、Pediococcus(片球菌属)、Bacillus、Pseudomonas(假单胞菌属)、Aspergillus、Acetobacter(不动细菌属)、Thermomyces、Rhizopus、Saccharomycetales、Rhizomucor。3、结合偏最小二乘回归分析和相关性网络分析,发现大曲发酵中的核心功能微生物有7个属:Bacillus、Thermomyces、高温放线菌属(Thermoactinomyces)、Acinetobacter、Thermoascus、Dipodascus和生丝毕赤酵母菌属(Hyphopichia),与这些微生物高度相关的挥发性化合物总共有15种,包括乙酸乙酯、乙酸异戊酯、苯甲酸乙酯、十四酸乙酯、十五酸乙酯、异丁醇、正丁醇、苯乙醇、3-羟基-2-丁酮、alpha-柏木烯、1-石竹烯、罗汉柏烯、3,4-二甲氧基苯乙烯、2,3,5-三甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪。另外,水分和酸度与微生物组成呈相关性主要在发酵前期升温阶段,而温度与微生物组成呈相关性主要在发酵中期顶温阶段。