啤酒的风味与品质主要由发酵过程中酵母代谢产生的醇、酯、酸等多种化合物共同决定。传统发酵过程监控主要依赖气相色谱、液相色谱等多种仪器来“分别”检测发酵液中不同物质的含量，过程繁琐、耗时长且成本高昂。更重要的是，这些发酵过程监控技术无法快速获取酵母细胞自身的实时代谢状态，也掩盖了细胞群体中存在的代谢差异。

针对这一困扰业界多年的技术瓶颈，青岛能源所单细胞中心联合青岛啤酒提出并验证了一种名为“过程拉曼组”的单细胞代谢表型组技术，能快速、无损、免标记地探测啤酒发酵过程中酵母细胞内的代谢状态及其异质性，而且能同步监测发酵液中关键风味物质的动态变化。该技术突破了传统发酵监控策略通常只能测量发酵液“平均值”、无法揭示细胞间代谢异质性的原理性局限。这一工作为工业规模发酵过程的精准控制提供了创新性的研究工具和解决方案，相关成果发表于《生物资源技术》（Bioresource Technology）。

研究团队开发的“拉曼组内关联分析”方法，能够从高通量、低成本监测的发酵过程拉曼组数据中提取出大量高价值细胞代谢功能信息，从而实时指导发酵控制。具体来说，每次采样的拉曼组数据，不仅能挖掘胞内各种大分子化合物的含量，还能同时定量模拟分泌到胞外的多种特定啤酒风味化合物的含量，而且进一步推断出胞内代谢物之间、胞内与胞外代谢物之间、以及胞外代谢物之间潜在的相互转化网络。这项工作将单细胞拉曼光谱的应用从单纯的细胞种质分类或胞内成分分析，拓展到了“同时”感知胞内代谢状态与胞外化合物组成，及其之间互作关系的水平。

这一“过程拉曼组”手段具有快速、低成本、免标记、高通量的突出优势，为开发实时、在线、基于细胞自身代谢状态及其异质性的智能发酵监控与反馈控制系统奠定了基础。本工作提出的“直接测定细胞个体代谢状态并通过该状态监测培养基组分”的过程监控新思路，与“通过测定培养基组分来间接监测细胞群体平均代谢状态”的传统思路正好相反，在未来基于更多场景的开发和验证后，有望在包括啤酒发酵在内的各种生物制造产业得到广泛应用。（文/何曰辉 图/刘阳）

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.133788

Yang He#, Yuehui He#, Yuanyuan Zhou, Xunrong Li, Xinran Zhang, Yuetong Ji, Junhong Yu*, Jian Xu*. Tracking production and interconversion of extra- and intra-cellular metabolites during beer fermentation by ramanomics. Bioresource Technology, 2025, 443:133788.