酱香型白酒酿造主要功能菌株对拜耳接合酵母的作用

【背景】拜耳接合酵母(Zygosaccharomyces bailii)是酱香型白酒自然酿造过程中的优势菌株,但白酒酿造功能菌株对其酿造特征的影响尚不清晰。【目的】分析酱香型白酒酿造体系中3株主要功能菌株对Z.bailii的作用,揭示其在白酒酿造过程中的发酵特征。【方法】分别构建拜耳接合酵母与酿酒酵母、布氏乳酸杆菌和地衣芽孢杆菌的共培养体系,比较生物量、p H、乙醇及风味物质代谢差异;基于表型差异,从转录组学角度进一步分析拜耳接合酵母与地衣芽孢杆菌共培养的代谢机制。【结果】在共培养体系中,拜耳接合酵母的生长及乙醇代谢受到酿酒酵母的抑制,而不受布氏乳酸杆菌和地衣芽孢杆菌的影响。同时,拜耳接合酵母与酿酒酵母、布氏乳酸杆菌共培养时的风味物质产量下降;但与地衣芽孢杆菌共培养时,其风味代谢却显著提高,其中醇类、酸类、酯类和醛类物质含量较其纯培养时分别上升了41%、36%、44%和73%。转录组数据分析表明,与地衣芽孢杆菌共培养时,拜耳接合酵母中与碳水化合物代谢和氨基酸代谢相关的基因表达显著上调(≥2-fold,P0.05),而碳水化合物和氨基酸是风味物质的主要来源,其相关基因的表达上调有助于拜耳接合酵母的风味代谢。【结论】共培养体系中,地衣芽孢杆菌促进了拜耳接合酵母风味代谢,使之形成更多的醇类、酸类、酯类及醛类物质。研究拜耳接合酵母与主要酿造微生物共培养时的发酵特征,有助于正确认识其在酱香型白酒发酵过程中的功能和应用。     

酿酒酵母与地衣芽孢杆菌相互作用及基于蛋白组学的作用机制分析

【目的】为解析酱香型白酒发酵过程中群体微生物的酿造特征,研究酱香型白酒酿造中贡献特征风味的地衣芽孢杆菌和贡献酒精的酿酒酵母之间的相互作用。【方法】通过构建酿酒酵母纯培养及与地衣芽孢杆菌共培养发酵体系,比较不同培养体系中的生物量、乙醇产量及有机酸产量差异,并从蛋白组学角度加以分析和认识二者之间的相互作用。【结果】在共培养体系中,酿酒酵母抑制地衣芽孢杆菌生长,其自身生长不受地衣芽孢杆菌的影响,然而代谢产物却发生变化,其中乙醇及有机酸中的丙酮酸、苹果酸、乳酸、琥珀酸及酒石酸的最高产量分别高出其纯培养的11.8%、56.8%、36.3%、24.3%、48.2%及27.7%,而柠檬酸的最高产量低于其纯培养的35.1%;蛋白组分析显示,地衣芽孢杆菌诱导酿酒酵母胞内69个蛋白差异表达(>2倍),质谱鉴定出24个,主要功能为参与糖酵解过程、乙醇代谢过程、细胞壁稳定性调控及应激反应等。糖酵解和乙醇代谢途径相关蛋白对酿酒酵母混合培养条件下的代谢变化起重要作用,其余蛋白可能与微生物相互作用时的防御和适应性相关。【结论】在混合培养发酵体系中地衣芽孢杆菌能够影响酿酒酵母的乙醇及有机酸代谢,这对于白酒品质调控及微生物间相互作用都具有重要意义。蛋白组学结果为从分子层面深入认识酿酒酵母与地衣芽孢杆菌之间的相互作用提供理论基础,有利于促进酱香型白酒发酵过程中群体微生物酿造特征的解析。     

酱香型白酒酿造拜耳接合酵母生理代谢特征及其与地衣芽孢杆菌相互作用

【目的】拜耳接合酵母(Zygosaccharomyces bailii)是酱香型白酒酿造过程优势菌株。通过研究拜耳接合酵母酿造相关生理代谢特征及其与酿造环境中其它功能菌株的相互作用,探索其在白酒酿造过程中的贡献。【方法】从酱香酒酿造中筛选一株性能优良的拜耳接合酵母,比较其与模式菌株(Z.bailii,ATCC 58445)的生理代谢特征。通过组合发酵研究其与产酱香特征风味细菌地衣芽孢杆菌的相互作用。【结果】从酱香型酒醅中筛选得到一株性状优良的拜耳接合酵母(Z.bailii 15),可耐受p H 2.0和37°C高温及8%酒精浓度(体积比),较模式株更适应酿造环境,酒精产量(33.58 g/L)也远高于模式株(19.04 g/L),且与酱香型白酒酿酒酵母MT1(34.29 g/L)相当。该菌可产多种风味物质,与模式株相比,独特产生法呢醇、十二醇、2-壬醇、2-乙基己醇、癸酸、月桂酸、辛酸、辛酸乙酯、苯乙酮、4-叔丁基苯酚。共培养体系中,30°C条件下地衣芽孢杆菌对拜耳接合酵母生长影响不大,而在37°C地衣芽孢杆菌抑制拜耳接合酵母生长。此外,地衣芽孢杆菌对拜耳接合酵母乙醇转化率有促进作用,共培养体系风味物质种类及含量也都受到很大影响。【结论】拜耳接合酵母在酱香型白酒酿造体系中产酒精、产风味方面表现优异,对酱香型白酒生产具有重要贡献。     

系列过表达非氧化磷酸戊糖途径基因对重组酿酒酵母菌株木糖代谢的影响

【目的】通过系统研究一个、两个及多个非氧化磷酸戊糖(PP)途径基因组合过表达对酿酒酵母木糖代谢的影响,以优化重组菌株的构建过程,构建高效的木糖代谢酿酒酵母菌株。【方法】在酿酒酵母中双拷贝过表达上游代谢途径的关键酶(木糖还原酶XR,木糖醇脱氢酶XDH,木酮糖激酶XKS),在此基础上构建了一系列PP途径基因过表达菌株,并对其木糖发酵性能进行比较研究。【结果】木糖发酵结果显示,不同组合过表达PP途径基因能不同程度改善重组菌株的木糖发酵性能。其中,过表达PP途径全部基因(RKI1,RPE1,TAL1和TKL1)使菌株的发酵性能最优,其乙醇产率和产量较对照菌株分别提高了39.25%和12.57%,同时较其他基因组合过表达菌株也有不同程度的改善。【结论】通过构建PP途径基因不同组合过表达酿酒酵母菌株,首次对PP途径基因对酿酒酵母木糖代谢的影响进行了系统研究,结果表明,不同组合强化PP途径基因对重组菌株木糖代谢的影响存在差异,相对于其他基因过表达组合,同步过表达PP途径全部基因最有利于碳通量流向乙醇。     

采用新型药物抗性选育高效黄酒酵母菌株

【目的】黄酒酵母菌种是影响大罐黄酒生产效率的关键因素之一,高发酵性能黄酒酵母的选育对于提升黄酒生产效率具有重要的实用意义。【方法】以一种药物抗性为基础设计快速初筛方法,对黄酒酿酒酵母XY进行诱变筛选得到克霉唑(CTZ)抗性的黄酒酵母突变株,进一步以酵母发酵性参数为指标筛选得到发酵速率提高的黄酒酵母新菌株XY-3。【结果】比较突变菌株与原始菌株酿造性能发现,XY-3菌株最大发酵速率较原始菌株提高5.21%。黄酒酿造小试结果显示发酵前4天XY-3菌株乙醇生成速率明显高于原始菌株,其最大乙醇生成速率从XY菌株的14.77 g/d提高到15.30 g/d。XY-3酵母菌株发酵速率的提高能够缩短黄酒发酵周期1-2天,有助于提高发酵设备的利用效率。进一步研究发现XY-3发酵速率的提升可能与XY-3菌株多药物抗性(PDR)有关。【结论】联合使用传统诱变和药物抗性筛选策略选育得到高效黄酒酵母新菌株,这种筛选策略也为发酵食品行业优良菌株的选育提供了一种新的思路。     

酿酒酵母类丙酮酸脱羧酶基因缺失对高级醇生成量的影响

【目的】通过构建酿酒酵母类丙酮酸脱羧酶基因(YDL080C)缺失的工程菌株,研究该基因对酿酒酵母浓醪发酵产高级醇特别是异戊醇的影响。【方法】以酿酒酵母工业菌株AY-15的单倍体a-8或α-22的基因组DNA为模板,PCR分别扩增YDL080C上下游非编码区片段YA和YB;以pUG6质粒为模板,PCR扩增KanMX抗性基因片段。分别将YA、YB和KanMX片段连入pUC19载体,构建重组质粒pUC-YABK;并以其为模板,PCR扩增YA-KanMX-YB重组盒,分别电转化单倍体a-8和α-22。将转化子和亲本分别进行酒精浓醪发酵,发酵结束后测定其发酵性能和高级醇的生成量。【结果】筛选获得了YDL080C基因缺失突变株。酒精发酵后发酵性能和高级醇测定结果显示,转化子的异戊醇及总高级醇生成量与对应的单倍体亲本相比没有明显变化,但酒精度分别比亲本提高了0.6(%,v/v)和0.4(%,v/v)。【结论】YDL080C基因缺失对降低酿酒酵母发酵产高级醇特别是异戊醇没有明显作用,但会使酒精度有所提高。     

清香型白酒发酵过程中酵母群落结构及其与尿素代谢的关系

【目的】探索清香型白酒发酵过程中酵母群落结构及演变,分析潜在的关键尿素代谢酵母及其环境调控因素,为降低发酵过程中氨基甲酸乙酯的含量提供理论依据。【方法】通过相关性分析明确发酵过程中氨基甲酸乙酯主要前体物质及其代谢微生物类群,利用高通量测序技术解析酵母群落结构组成,并结合偏最小二乘回归分析寻找潜在的关键尿素代谢酵母。采用冗余分析评价发酵过程中环境因素对酵母群落结构的影响。【结果】尿素是清香型白酒发酵过程中氨基甲酸乙酯的主要前体物质,酵母是尿素代谢的主要微生物。高通量测序结果显示,在97%的相似度下进行操作分类单元聚类后,共鉴定出22个酵母种。其中,嗜高压有孢汉生酵母(Hanseniaspora osmophila)、发酵毕赤酵母(Pichia fermentans)和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)与尿素合成存在正相关性,库德毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)与尿素降解存在正相关性。酒醅含水量、p H、乙醇和精氨酸是影响发酵过程中酵母群落演替的重要环境因素。【结论】环境因素影响潜在的关键尿素代谢酵母,为降低发酵过程中尿素与氨基甲酸乙酯含量提供理论依据。     

高温高浓发酵工业啤酒酵母菌种的构建

高温高浓发酵技术作为一项新兴的啤酒生产技术,它为啤酒生产带来诸多利益的同时,也存在着发酵结束后酵母絮凝性下降、高级醇生成量过高等系列问题。为提高高温高浓发酵条件下酿酒酵母的絮凝性同时降低高级醇的合成能力,首先构建了以酿酒酵母BAT2基因为整合位点过表达FLO5基因的菌株,重组菌株S6-BF的絮凝性达到67.67%,比出发菌株S6提高了29%,而高级醇生成量仅降低5.9%;进一步构建以BAT2基因为整合位点再次过表达FLO5基因的菌株,与出发菌株S6相比,重组菌株S6-BF2的絮凝性提高了63%,达到85.44%,高级醇生成量下降至159.58 mg/L,降低了9.0%;通过弱化线粒体支链氨基酸转氨酶(BAT1)的表达,高级醇的生成量得到进一步的降低,达到142.13 mg/L,比原始菌株S6降低了18.4%,同时重组菌株S6-BF2B1的絮凝性没有受到影响;风味物质的测定结果表明啤酒中醇酯比例较为合理。研究结果对工业啤酒酵母发酵后的沉降分离和提高啤酒风味品质有着重要的意义。     

高通量筛选诱变菌株降低黄酒发酵氨基甲酸乙酯前体积累

【目的】氨基甲酸乙酯是发酵食品中普遍存在的一种潜在危害物。黄酒中氨基甲酸乙酯的前体主要是尿素和乙醇。本研究通过高通量筛选策略降低黄酒发酵过程中尿素的积累,从而降低氨基甲酸乙酯积累。【方法】以一株黄酒生产工业菌株酿酒酵母XZ-11为研究对象,采用ARTP诱变和高通量筛选策略,获得尿素积累量较低菌株。使用实时定量PCR技术检测氮代谢中尿素代谢和转运相关基因(DUR1,2和DUR3)的变化。【结果】筛选得到一株尿素高效稳定性利用菌株5-11C。其尿素积累量比酿酒酵母XZ-11降低了50.6%。实时定量荧光PCR结果表明,与尿素代谢和转运相关的基因(DUR1,2和DUR3)表达量分别提高了3.3和2.2倍。【结论】高通量筛选策略可以用于降低黄酒生产过程中氨基甲酸乙酯前体尿素的含量。由于未采用基因工程手段,避免了可能的法规问题,消费者易于接受,在发酵食品行业具有较好的应用前景。     

不同宿主来源的重组酿酒酵母混合糖代谢比较

【目的】研究不同工业酿酒酵母宿主背景对重组酵母木糖利用效率的影响。【方法】将木糖利用途径的木糖还原酶(XR)、木糖醇脱氢酶(XDH)和木酮糖激酶(XK)编码基因串联后分别转入3株不同的工业酿酒酵母中,得到重组酵母ZQ1、ZQ5和ZQ7。分别对3个木糖途径代谢基因的表达水平、酶活和重组菌株的木糖发酵效率进行比较。【结果】重组菌株在木糖代谢基因转录、酶活性和木糖利用性能方面有很大差异,其中ZQ5木糖代谢能力最强,ZQ7其次,ZQ1木糖利用能力最弱。ZQ7在初始木糖浓度为20 g/L时木糖利用速率快于ZQ5,表明木糖浓度对重组菌发酵性能评价具有影响。【结论】不同菌株的遗传背景和木糖浓度对重组菌木糖利用的影响很大,评价重组酵母的木糖利用需考虑宿主的遗传背景和底物浓度的影响。     

高级醇的微生物绿色制造

高级醇是含有两个以上碳原子的醇类,具有比乙醇更优秀的燃料性能,是化石燃料的重要补充与替代品.利用微生物以可再生的生物质为原料进行高级醇的生产可同时缓解当前的能源与环境危机,已成为绿色生物制造的重大发展方向.天然的微生物仅能少量生产个别种类的高级醇,因此,通过代谢工程及合成生物学技术,在模式工业菌株中重构高级醇的合成途径...     

合成高级醇的微生物细胞工厂研究进展

高级醇疏水性好,能量密度高,能与汽油随意混合;用微生物发酵可再生材料生产高级醇燃料替代矿物燃料是发展趋势。文中综述了构建合成高级醇的酿酒酵母和大肠杆菌细胞工厂的研究和相关技术平台。重点介绍了依赖CoA的梭菌途径和α-酮酸介导的非发酵途径的构建,分析了各自的特点,总结了生产高级醇的微生物细胞工厂的构建策略;提出高级醇工业化生产要解决的问题和研究方向。     

Changes in ester compounds and higher alcohols of awamori during aging

The total contents of ethyl acetate, ethyl caproate, ethyl caprylate, isoamyl caproate, ethyl caprate, isoamyl caprylate, ethyl laurate, isoamyl caprate, ethyl myristate, ethyl palmitate, ethyl stearate, ethyl oleate, ethyl linoleate and β-phenethyl acetate in awamori ranged from 70.67 to 569.72 mg per l a t 100 per cent alcohol. The ratio of ethyl acetate content to the total content of 14 ester compounds (ethyl acetate/total esters) ranged from 0.59 to 0.86, and that of ethyl caprylate to the total esters was from 0.98 ×10⁻² to 8.26 × 10⁻². Ethyl acetate was the main component of ester compounds followed in descending order by ethyl caprate, ethyl palmitate and ethyl caprylate. Of the higher alcohols, awamori contained only β-phenethyl alcohol in significant quantity.On aging in kame 13 of 16 ester compounds tended to decrease distinctly and the remaining 3 components to show no distinct change, while 3 of 5 higher alcohols tended to increase distinctly. On aging in non-porous containers, however, 3 of 16 ester compounds decreased distinctly, and 3 of 5 higher alcohols increased distinctly. In the process of aging, esters underwent hydrolysis in kame but not in non-porous containers.     

Formation of higher alcohols and phenol by strains of zymomonas sp.

Strains of the bacteria Zymomonas sp. were studied for their ability to form higher alcohols. In a complex growth medium, six strains were shown to produce significant amounts of 1-propanol, 1-butanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, pentanols, secondary hexyl-alcohols, and trace amounts of n-hexanol. When resting cells of these organisms were placed into a fermentation medium containing glucose and Tris-buffer, Z. mobilis 8938 produced increased levels of 1-butanol, and secondary hexyl-alcohols at concentrations of 13.5 mg/liter and 5.8 mg/liter, respectively. Another strain, Z. mobilis subsp. mobilis B 806, stimulated the formation of 1-propanol and 1-butanol at concentrations of 14.9 mg/liter and 23.52 mg/liter, respectively. Amino acids or amino acid precursors were then added to the fermentation medium. The presence of threonine and α-ketobutyric acid stimulated Z. mobilis 8938 to produce 82.6 mg/liter secondary hexyl-alcohols and 8.0 mg/liter n-hexanol, respectively. Isoleucine and valine increased the production of 2-methyl-1-butanol (394.0 mg/liter) and 3-methyl-1-butanol (113.4 mg/liter), respectively, by Z. mobilis subsp. mobilis B 806. Glutamine enhanced the formation of 2-methyl-2-butanol production to concentrations 38.8 mg/liter in Zymomonas strain B 806. Additional experiments suggested that higher alcohol production could also be accomplished in the absence of glucose when cells were allowed to metabolize the precursors only. The effect of aromatic amino acids on phenol production was determined using resting cells of Zymomonas sp. The maximum yield of phenol (111.6 mg/liter) was found by Zymomonas strain 8938 in the presence of tyrosine. The addition of phenylalanine also stimulated this strain to form 71.4 mg/liter of phenol.     

Presence of higher alcohols as ferulates in potato pulp and its radical-scavenging activity

Higher alcohols with a carbon length ranging from 16 to 30 found in the lipophilic fraction from potato pulp were shown to be present as ferulate and in a free form, but not as wax. Thin-layer chromatography of the neutral lipids in potato pulp indicated a few spots with scavenging activity toward the 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) stable radical, the major active component being characterized as alkyl ferulate which showed almost the same level of activity as gamma-oryzanol.