采用代谢组学分析技术分析工业啤酒发酵过程中风味物质生成规律

啤酒风味是保证啤酒品质的关键因素之一。运用代谢组学的方法,分析工业啤酒发酵过程中酵母胞内代谢物和啤酒风味物质的对应关系,从代谢水平上研究风味物质形成过程中的关键影响因素。在啤酒发酵过程中,同时检测风味物质的含量变化和酵母胞内代谢物的变化,对得到海量的、多维的代谢数据采用主成分分析（PCA）和偏最小二乘分析（PLS）的多元统计分析方法进行处理。由PCA分析结果可知：磷酸、海藻糖、琥珀酸、谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸对主成分贡献比较大,说明这些代谢物在不同发酵阶段含量变化显著。由PLS分析结果可知：对啤酒风味影响最大的物质主要为氨基酸,包括丝氨酸、缬氨酸、苏氨酸、赖氨酸、丙氨酸、亮氨酸和天冬酰胺等,这为啤酒中风味物质的调控提供了一定的理论指导。     

碳源和氮源对5-酮基-葡萄糖酸生成的影响

氧化葡萄糖杆菌Gluconobacter oxydans可以将葡萄糖氧化成葡萄糖酸,并进一步氧化成2-酮基-葡萄糖酸(2KGA)和5-酮基-葡萄糖酸(5KGA),其中5KGA在催化剂的作用下能够转化为L(+)-酒石酸。为了提高5-酮基-葡萄糖酸产量,以仅生成5KGA的氧化葡萄糖杆菌Gluconobacter oxydans HGI-1为出发菌株,研究不同碳源(蔗糖、乳糖、麦芽糖、淀粉、葡萄糖)和有机氮源(酵母浸粉、鱼粉、玉米浆、黄豆饼粉、棉籽饼粉)对5KGA产量的影响。500 mL摇瓶试验结果表明,当葡萄糖浓度为100 g/L时,5KGA产量最高为98.20 g/L;当有机氮源为酵母浸粉、鱼粉和玉米浆,其添加量的蛋白含量为1.60%时,5KGA产量分别为100.20 g/L、109.10 g/L和99.83 g/L,其中,使用鱼粉的5KGA产量最高,使用玉米浆的5KGA产量比酵母浸粉略低。出于经济考虑,文中选择玉米浆作有机氮源,并在5 L发酵罐中进行分批发酵放大试验,5KGA的产量为93.80 g/L,最大生成速率为3.48 g/(L·h),平均生成速率为1.56 g/(L·h)。结果表明,葡萄糖和玉米浆分别为Gluconobacter oxydans HGI-1规模化生产5KGA的最适碳源和氮源,可利用葡萄糖几乎全部(85.93%)转化为5KGA。     

CRISPR/dCas9干扰bcsD基因表达调控细菌纤维素结构

木葡糖酸醋杆菌(Gluconacetobacter xylinus)是细菌纤维素的主要生产菌株。在该菌中,BcsD是纤维素合酶的亚基之一,参与细菌纤维素的组装过程。利用CRISPR/dCas9系统调控bcsD基因的表达量,获得了一系列bcsD基因表达量不同的木葡糖酸醋杆菌。通过分析细菌纤维素的结构特征发现,细菌纤维素的结晶度和孔隙率随着木葡糖酸醋杆菌中bcsD表达量的变化而发生改变。其中孔隙率的变化范围在59.95%–84.05%之间,结晶度的变化范围在74.26%–93.75%之间,而细菌纤维素的产量并未因bcsD的表达量变化而发生显著下降。结果表明,bcsD的表达量低于55.34%后,细菌纤维素的孔隙率显著上升,并且细菌纤维素的结晶度与bcsD的表达量呈正相关。最终,通过干扰bcsD基因的表达,实现了一步发酵木葡糖酸醋杆菌获得了产量稳定且结构不同的细菌纤维素。