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杨梅(Myrica rubra Sieb.et Zucc.)是中国传统特产水果,以杨梅为原料酿造的杨梅酒不仅大大延长了市场供应期,还将杨梅的营养价值与酒的保健功能完美结合。然而,目前专门适宜杨梅酒酿造的酵母菌很少,生产出的杨梅酒由于风味不足,往往难以满足消费者的需求。本论文鉴于酵母菌代谢特性和杨梅营养组分筛选出适宜杨梅酒发酵的2株酵母菌。以筛选出的菌株混合发酵杨梅果酒,研究其生理生化特性、代谢途径与发酵产物的关系,并结合转录组测序分析技术,解释混菌在共发酵过程中相互作用机理,为杨梅酒混菌发酵提供理论支持。主要研究内容和结果如下:
(1)以5株酵母菌,酿酒酵母菌131(Saccharomyces cerevisiae131,简称Sc)、东方伊萨酵母菌166(Issatchenkia orientalis166,简称Io)、弗比恩毕赤酵母65(Pichia fabianii65,简称Pf),安琪葡萄酒活性干酵母菌(简称NQ),丹宝利酿酒高活性干酵母菌(简称DBL)为试验菌株,进行耐受性、碳源利用特性和发酵特性研究。结果表明,Io发酵缓慢,不耐高糖和高浓度酒精,但是发酵获得杨梅酒果香浓郁,色泽较好,可以作为发酵杨梅酒的产香菌株;而NQ发酵性能优良,对高酒精和高糖耐受性强,产酒精能力强,发酵7天杨梅酒酒精度达到9.57%vol,但酒香单薄,可以作为发酵杨梅酒的产酒精酵母。
(2)Io与NQ以10∶1的接种比例进行了杨梅酒的混合发酵,增加了商业化酿酒酵母NQ的发酵速率,使主发酵提早3d完成。在挥发性风味成分上,混菌发酵与NQ纯种发酵相似度高,但减少了NQ发酵产生的辛酸及癸酸这两种不良气味,也降低了Io产生的乙酸浓度;Io的参与也使混菌发酵液中丁酸乙酯、异戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、壬酸乙酯、3-壬烯酸乙酯等乙酯类和乙酸乙酯、乙酸异戊酯、乙酸-2-苯乙酯等乙酸酯类含量分别提高了18.52%和57.34%,增加了杨梅酒的果香味。果香和酸味是I o发酵酒最主要的风味,而NQ发酵酒有着特有的酵母味,混菌发酵提高了杨梅酒的果味强度,降低了发酵产生的酵母味和癸酸乙酯等带来的涩味。
(3)利用48h混菌发酵的无细胞发酵液,分别作用于Io和NQ,经48h作用后对样品分别进行转录组测序。结果表明,在混菌发酵滤液作用下,Io烯醇化酶基因eno和细胞周期分裂基因cdc5上调、蛋白质精氨酸甲基转移酶1(PRMT1)基因下调,细胞自噬相关信号分子Atg13表达量增加,表明混菌发酵液存在胁迫条件,阻碍Io酵母细胞的整体生长,致使细胞自噬活性提高,并启动调控细胞凋亡过程。Io和NQ编码芳香族氨基酸转氨酶I I的基因aro9上调;参与缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸代谢的关键基因——分支链氨基酸转氨酶的ilvE基因也发生了上调。此外,乙醇脱氢酶I基因ADH1表达提高,说明混菌发酵有助于芳香醇和支链氨基酸的生成,同时提高发酵酒的酒精度。
(1)以5株酵母菌,酿酒酵母菌131(Saccharomyces cerevisiae131,简称Sc)、东方伊萨酵母菌166(Issatchenkia orientalis166,简称Io)、弗比恩毕赤酵母65(Pichia fabianii65,简称Pf),安琪葡萄酒活性干酵母菌(简称NQ),丹宝利酿酒高活性干酵母菌(简称DBL)为试验菌株,进行耐受性、碳源利用特性和发酵特性研究。结果表明,Io发酵缓慢,不耐高糖和高浓度酒精,但是发酵获得杨梅酒果香浓郁,色泽较好,可以作为发酵杨梅酒的产香菌株;而NQ发酵性能优良,对高酒精和高糖耐受性强,产酒精能力强,发酵7天杨梅酒酒精度达到9.57%vol,但酒香单薄,可以作为发酵杨梅酒的产酒精酵母。
(2)Io与NQ以10∶1的接种比例进行了杨梅酒的混合发酵,增加了商业化酿酒酵母NQ的发酵速率,使主发酵提早3d完成。在挥发性风味成分上,混菌发酵与NQ纯种发酵相似度高,但减少了NQ发酵产生的辛酸及癸酸这两种不良气味,也降低了Io产生的乙酸浓度;Io的参与也使混菌发酵液中丁酸乙酯、异戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、壬酸乙酯、3-壬烯酸乙酯等乙酯类和乙酸乙酯、乙酸异戊酯、乙酸-2-苯乙酯等乙酸酯类含量分别提高了18.52%和57.34%,增加了杨梅酒的果香味。果香和酸味是I o发酵酒最主要的风味,而NQ发酵酒有着特有的酵母味,混菌发酵提高了杨梅酒的果味强度,降低了发酵产生的酵母味和癸酸乙酯等带来的涩味。
(3)利用48h混菌发酵的无细胞发酵液,分别作用于Io和NQ,经48h作用后对样品分别进行转录组测序。结果表明,在混菌发酵滤液作用下,Io烯醇化酶基因eno和细胞周期分裂基因cdc5上调、蛋白质精氨酸甲基转移酶1(PRMT1)基因下调,细胞自噬相关信号分子Atg13表达量增加,表明混菌发酵液存在胁迫条件,阻碍Io酵母细胞的整体生长,致使细胞自噬活性提高,并启动调控细胞凋亡过程。Io和NQ编码芳香族氨基酸转氨酶I I的基因aro9上调;参与缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸代谢的关键基因——分支链氨基酸转氨酶的ilvE基因也发生了上调。此外,乙醇脱氢酶I基因ADH1表达提高,说明混菌发酵有助于芳香醇和支链氨基酸的生成,同时提高发酵酒的酒精度。