白酒的酿造是自然接种的多菌种发酵，微生物是这个过程的主力军。因此，加强对酿酒微生物种类及作用的认识，有助于理解白酒的发酵。微生物是指那些个体微小，构造简单的一群小生物，主要有细菌、放线菌、酵母菌、霉菌和病毒五大类，与酿酒有关的主要是酵母菌、细菌和霉菌，它们在白酒生产中对酒的质量、产量起重要作用。
1、酿酒微生物生长条件
营养物质是微生物生命活动的物质基础，酿酒的根本就是为微生物提供好的环境条件和营养物质，促进其生长代谢，因此需要了解影响微生物生长的因素。主要包括：水分、碳源、氮源、无机盐类、生长素、温度、pH、氧气、界面等。
水分是微生物生命活动基本需求;碳素化合物是构成为生物细胞的主要元素;氮是微生物不可缺少的营养，参与构成微生物细胞蛋白质和核酸;无机盐类是构成微生物菌体的成分，也是酶的组成部分;生长素是微生物不能合成但是其生长所必需;温度则对微生物的整个生命过程有极其重要的影响;环境pH对微生物生长影响极大，白酒生产常用pH值控制微生物的生长;氧气则由于微生物对氧的需求不同，酿酒常通过粮醅紧实度控制含氧量，进而对发酵加以控制;界面是气相、液相和固相的接触面，固态法白酒生产中界面与微生物关系密切。
2、主要酿酒微生物
除液态法白酒生产中比较严格使用纯菌种外，传统固态法白酒多利用天然菌种，一些发酵中用到的酒曲虽然使用人工菌种制曲，但整体是开放式的发酵方式。故广义上来说，白酒微生物的分布范围很广，白酒微生物的来源也很广泛。从原料、水、空气、酒曲、酒醅、酒糟，到场地、工器具、设备、窖池，乃至人手及鞋等，都有酿酒微生物的存在。不过，酿酒中重要的微生物来源主要是酒曲、窖泥和酒糟这三个生产场地的空间，起作用的主要有霉菌、酵母菌和细菌。
白酒生产常见的霉菌有曲霉、根霉、念珠霉、青霉、链孢霉。曲霉是酿酒业所用的糖化菌种，是与制酒关系最密切的一类菌，其好坏与出酒率和产品质量关系密切，白酒生产常见曲霉有黑霉菌、黄曲霉、米曲霉、红曲霉。根霉在自然界分布很广，它们常生长在淀粉基质上，空气中也有大量的根霉孢子，根霉是小曲酒的糖化菌。青霉是白酒生产中的大敌，青霉菌的孢子耐热性强，它的繁殖温度较低，是制麸曲和大曲时常见的杂菌。曲块在贮存中受潮，表面上就会长青霉，车间和工具清洁卫生不到位也会长青霉。念珠菌是大曲“穿衣”的主要菌种，也是小曲挂粉的主要菌种。链孢霉的孢子呈鲜艳的桔红色，常生长在鲜玉米蕊和酒糟上，一旦侵入曲房不但会造成危害而且很难清除。
酵母菌是一类由真核细胞所组成的单细胞微生物，发酵后可形成多种代谢产物及自身内含有丰富的蛋白质、维生素和酶。白酒生产中参与发酵的酵母菌有酒精酵母、产酯酵母、假丝酵母和白地霉等。酒精酵母是产酒精能力强的酒精酵母，其形态以椭圆形、卵形、球形为最多，一般以出芽的方式进行繁殖。产酯酵母具有产酯能力，它能使酒醅中含酯量增加，并呈独特的香气，也称为生香酵母。
细菌是一类由原核细胞所组成的单细胞生物，其在自然界里分布最广、数量最大，例如白酒生产中存在的醋酸菌、丁酸菌和己酸菌等就是细菌。在白酒酿造环节，常见的细菌菌种包括乳酸菌、醋酸菌、丁酸菌、己酸菌等。大曲和酒醅中都存在乳酸菌，它能发酵酒醅中的糖类产生乳酸，乳酸再通过酯化产生乳酸乙酯，而乳酸乙酯使白酒具有独特的香味，因此白酒生产需要适量的乳酸菌，但乳酸过量会使酒醅酸度过大，影响出酒率和酒质，酒中含乳酸乙酯过多，则会使酒带闷。醋酸菌是白酒生产中不可避免的菌类，开放式操作中势必感染醋酸菌，这是白酒中醋酸的主要来源。当然醋酸也是白酒主要香味成份之一，但过多会使白酒呈刺激性酸味。丁酸菌和己酸菌是梭状芽孢杆菌，生长在浓香型窖池的窖泥中，它们利用酒醅浸润到窖泥中的营养物质代谢产生丁酸和己酸，正是窖泥中丁酸菌和己酸菌等功能菌的作用，才酿出窖香浓郁、回味悠长的浓香型白酒。
3、酿酒微生物的多样性
近年研究和白酒酿造实践表明，多菌种混合发酵优于单一菌种发酵，微生物多样性是导致白酒风味物质复杂性的重要基础。新的技术手段用于酿酒微生物研究中，发现传统固态法白酒具有令人难以置信的巨大微生物多样性。这多样性包括两个方面即酿酒微生物来源的多样及种类的多样，可以用“两个度”总结。
酿酒微生物多样性的广度。白酒微生物分布具有很大的广度，涵盖原核微生物中的细菌和放线菌，真核微生物中的霉菌和酵母，以及古细菌。近年来，随着宏基因组学技术尤其是高通量测序技术的应用，进一步发现白酒中微生物种类具有极其广泛的分布。乔晓梅等利用高通量测序法分析了冷季和热季清香型白酒生产用曲真菌群落结构，结果共比对出90种真核生物。袁帅以茅台、国台第4次蒸馏前的酒糟为研究对象，对酱香型酒糟中细菌多样性进行研究，构建16SrDNA V4区文库进行高通量测序分析，分别读出6755和6738个操作分类单元，主要分属11个门。陶勇等通过454焦磷酸测序法系统研究了浓香型不同窖龄窖泥的细菌和古菌的群落组成及多样性，获得的有效序列可归为796个可操作分类单元，分别属于21个门。从这几个研究可以看出，白酒微生物具有丰富的种类和极其广泛的跨度，且酒曲、酒醅、窖泥等中微生物均呈现巨大的多样性。
微生物多样性的复杂度。白酒微生物多样性不仅呈现出种类多、分布宽等广度方面，而且还具有相当的复杂度，具体表现在以下两个方面：同一功能具有多种微生物;同种微生物具有不同的生理生化特性。有学者对清香型大曲中可培养真菌多样性进行研究，发现在白酒中主要提供糖化力的霉菌分布在伞枝犁头霉、匍枝毛霉、黄曲霉、普通青霉、多变根毛霉、微小根毛霉、卷枝毛霉等7个属，这是同一功能具有多种微生物的证明。对白酒生产过程中同种微生物不同菌株间生理生化特性的差异，针对性的研究相对较少，但从白酒优质微生物的筛选过程不难看出，白酒生产过程中同种类微生物存在性能及理化特性差异程度不一的菌株。尽管大量的研究显示白酒微生物呈现出巨大的多样性，但白酒微生物的多样性仍有可能被低估了，这主要是现有研究的技术深度所限，主要表现为3个方面：分类标准带来微生物多样性的低估，基因检测区域局限性导致微生物多样性的低估，研究方向局限性带来的微生物多样性低估。虽然对白酒酿造微生物多样性的认识可能不到位，但是我们应该充分相信正是微生物多样造就了中国白酒的丰富滋味和多样，离开这一基础立场，白酒的核心将不复存在。
