《Food Research International》:Tailoring yeast and bacterial consortia to modulate wine fermentation profiles
编辑推荐:
为突破葡萄酒中生物活性芳香氨基酸衍生物(AADC)含量低、功能证据不足的瓶颈,作者系统筛选5株酿酒酵母、49株非酿酒酵母及10株乳酸菌的酪醇(TyrOH)与羟基酪醇(HT)合成能力,构建多菌顺序共发酵模型。结果证实Z. rouxii CW96与S. cerevisiae Lalvin CLOS协同使HT提高2.5 ppb,且共接种O. oeni可同步完成苹果酸乳酸发酵(MLF)而不升乙酸。研究首次为非Sac酵母-乳酸菌精准联盟提升葡萄酒功能品质提供菌株组合与策略依据。
葡萄酒的感官魅力常让人沉醉,但“喝得健康”仍是消费者与产业共同的下一程目标。羟基酪醇(HT)——这一在橄榄中成名的多酚——因其抗氧化、心血管保护及抗菌活性被视为葡萄酒“加分”功能因子。可惜,葡萄汁里HT天然浓度极低(<0.1 ppb),单靠优化工艺难以跃升。于是,一个大胆设想被提出:能否像搭乐高一样,把能合成HT前体酪醇(TyrOH)的酵母与可把TyrOH“羟化”成HT的乳酸菌拼成“功能联盟”,在发酵罐里同步完成酒精发酵(AF)与苹果酸乳酸发酵(MLF)的同时,定向放大HT?然而,非酿酒酵母常被贴上“败坏”标签,乳酸菌又易受乙醇抑制,菌株如何配对、顺序如何设计、风味是否失控,都是悬而未决的难题。
为回答上述问题,西班牙Universitat Rovira i Virgili的Andrea Silva等人在《Food Research International》发表研究,系统筛选5株S. cerevisiae、49株非Sac酵母及10株乳酸菌的TyrOH/HT合成潜力,构建“非Sac+LAB先上、S. cerevisiae接力”的顺序共发酵模型,评价联盟对发酵动力学、菌群存活、基本酒化学及目标功能因子的影响。
关键技术方法
合成葡萄汁5×芳香氨基酸(酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸)富集模型
UHPLC-QqQ/MS与UHPLC-HRMS定量TyrOH与HT
qPCR与平板活菌计数并行追踪S. cerevisiae、Z. rouxii、O. oeni种群动态
Y15酶法监测糖、苹果酸、乳酸、乙酸及乙醇变化
多元统计(Welch t、线性混合效应、Tukey HSD)比较联盟差异
研究结果
3.1 单菌筛选——锁定高产生力军
S. cerevisiae Lalvin CLOS与Red Fruit分别产31.3 ppm TyrOH与0.63 ppb HT,显著优于其余3株。
49株非Sac中,Z. rouxii CW96第7天产14 ppm TyrOH与0.1 ppb HT,为最优菌株。
10株LAB在合成汁(SM)中,O. oeni MF6与3P2于第1天将外源1 mM TyrOH转化为9.96–11.14 ppb HT,效率最高。
3.2 混合顺序发酵——联盟表现大考
发酵动力学:含Z. rouxii的联盟糖消耗放缓,AUC显著增大,但所有组合均<18天完成AF;ScCLOS组合整体慢于ScRF。
MLF:Zr+Oo;Sc三菌联盟与Oo;Sc两菌联盟14天内完全消耗苹果酸,而AF后补加LAB的 sequential MLF皆停滞(0.2–1.5 g/L残留)。
种群:S. cerevisiae终浓度10–10 CFU/mL;Zr96存活至发酵终点,Zr95中期即<10;Oo在三菌联盟中活菌数>10 CFU/mL维持至中期,优于两菌联盟。
主代谢:含Oo联盟乙酸显著低于单酵母发酵(↓0.2 g/L);Zr95+OoMF6;ScCLOS甘油达9.2 g/L,最高;乙醇降低0.4–0.5%(v/v),无残糖>2 g/L。
3.3 功能因子——HT增幅有限但策略可行
结论与讨论
研究首次证实:
Z. rouxii这一“酱油酵母”在葡萄酒环境中可稳定存活并高效合成TyrOH与HT,打破非Sac酵母负面刻板;
O. oeni具备将TyrOH羟化为HT的胞酶潜力,且早期共接种可借助较低乙醇、较高营养环境完成MLF,避免事后补菌易“卡壳”的行业痛点;
三菌联盟虽未能协同放大HT至橄榄级水平,但“Zr96+ScCLOS”组合已把HT提升约4倍,为后续菌株代谢工程或羟化酶异源表达提供可验证平台;
联盟显著降低挥发酸、提高甘油,兼顾口感与安全性,展示功能导向的微生物组设计在葡萄酒产业中的可操作路径。
作者指出,未来需解析TyrOH羟化酶基因、优化接种比例与时机,并在真实葡萄汁与不同品种中验证,以真正实现“一杯红酒,双重健康”。