重新审视Saccharomycodes ludwigii：探索用于酿酒领域的中试生产及灭活方法

《Food Bioscience》：Saccharomycodes ludwigii revisited: exploring pilot-scale production and inactivation methods for oenological applications

S. ludwigii SL#64生物质通过 fed-batch培养优化，经六种灭活技术处理后作为酵母衍生物，显著提升S. cerevisiae在Glera葡萄汁中的发酵性能（乙醇12.74%，残留糖10.70 g/L），其中总裂解（TL）效果最佳，灭活技术影响多糖浓度（174.93-255.73 mg/L）和香气。

　　

瓦伦蒂娜·奇瓦（Valentina Civa）|保罗·安东尼奥利（Paolo Antoniali）|马可·翁加罗（Marco Ongaro）|马泰奥·博萨罗（Matteo Bosaro）|伊拉里亚·曼纳祖（Ilaria Mannazzu）|保拉·多米齐奥（Paola Domizio）

佛罗伦萨大学农业、食品、环境与林业系（DAGRI），意大利佛罗伦萨50144

摘要

Saccharomycodes ludwigii是一种与葡萄酒相关的非Saccharomyces酵母，以其释放大量多糖而闻名，这些多糖有助于降低葡萄酒的浑浊度并提升口感和胶体稳定性。本研究重点关注从S. ludwigii SL#64菌株中制备和表征酵母衍生物。通过维持0.073 h^-1的特定生长速率（接近不产生乙醇的呼吸代谢阈值），优化了连续进料模式下的生物质生产过程，这支持了S. ludwigii具有Crabtree阳性行为的假设。生物质经过了六种灭活处理：热灭活（TI）、部分裂解（PL）、完全裂解（TL）、高压处理（HPP）、微流控技术（MI）以及PL+HPP组合处理。这些处理得到的衍生物具有不同的成分特征，氮含量为0.2–0.6%，总脂肪酸含量为5.4–6.1%，多糖含量在27.1%至30.9%之间。在实验室规模上，使用商业酵母衍生物作为对照，将这些衍生物添加到Glera葡萄汁中与Saccharomyces cerevisiae共同发酵，评估了它们的技术效果。添加35 g/hL的每种SL#64衍生物均促进了S. cerevisiae的生长和发酵动力学，其中TL处理对发酵性能的影响最为显著（乙醇产量为12.74%，残糖含量为10.70 g/L）。灭活技术显著影响了多糖浓度（174.93至255.73 mg/L），并影响了最终葡萄酒的香气特征。总体而言，S. ludwigii可作为生产具有多种应用功能的定制酵母衍生物的理想菌株。

引言

Saccharomycodes ludwigii属于Saccharomicodaceae科（Boundy-Mills等人，2011年），是一种柠檬形状的酵母，其特征是细胞体积较大（4-7 × 8-25 μm）。该菌株最初从欧洲的落叶树中分离出来（Phaff等人，1978年），后来在葡萄表面及葡萄酒中也被发现，尤其是在酒精发酵后期或储存过程中（Boulton等人，1999年；Romano等人，1999年）。它还存在于酿酒设备中（Loureiro和Malfeito-Ferreira，2003年）以及昆虫的肠道微生物群中（Stefanini，2018年）。历史上，S. ludwigii因能在高乙醇浓度环境中生存而被认为是果汁和发酵饮料的腐败菌（Boulton等人，1999年；Ciani和Maccarelli，1997年）。此外，它还能抵抗高浓度的二氧化硫（Stratford等人，1987年），因此是亚硫酸盐防腐葡萄汁中的常见污染物（Boulton等人，1999年）。S. ludwigii还能耐受二氧化碳，这使其能够导致碳酸饮料变质（Stratford等人，1987年）。与其他非Saccharomyces酵母一样，S. ludwigii在各种生物技术应用中展现出潜力。它曾被提议用作生产基于feijoa果实的发酵饮料的起始菌株（Romano等人，1999年），以及低酒精或无酒精啤酒的制造菌株（De Francesco等人，2015年；Liu等人，2011年；Sileoni等人，2023年）。最近的研究发现，由于S. ludwigii对乙醇、热、乙酸、糠醛和5-（羟甲基）糠醛等关键发酵抑制剂具有很强的耐受性（Pilap等人，2022年），它成为甘蔗渣水解液乙醇生产的理想候选菌株（Klanrit等人，2025年）。

在葡萄酒酿造中，S. ludwigii的表现因菌株而异（Ciani和Maccarelli，1997年；Domizio等人，2011a,b）。这种酵母会产生高浓度的乙醛、乙酸酯和乙醛，对葡萄酒品质产生负面影响（Romano等人，1999年；Loureiro和Mafeito-Ferreira，2003年）。同时，它还会导致葡萄酒在装瓶和/或储存过程中出现浑浊现象（Loureiro和Mafeito-Ferreira，2003年）。

另一方面，S. ludwigii具有β-葡萄糖苷酶活性，能够通过水解无味的糖缀合物前体释放葡萄品种特有的风味物质（Rosi等人，1994年）。当与S. cerevisiae共同接种进行葡萄汁发酵时，S. ludwigii在整个发酵过程中都能保持初始接种水平，并有助于提升葡萄酒的香气复杂性（Esteves等人，2019年；Domizio等人，2011a,b）。由于其细胞壁组成使其能够在高渗透压下生长，S. ludwigii会向培养基中释放大量多糖（Domizio等人，2014年；Palomero等人，2009年），从而改善葡萄酒的口感和胶体稳定性。特别是Palomero等人（2009年）的研究表明，在模型葡萄酒中，S. ludwigii释放的多糖量是S. cerevisiae的约十倍（分别为107 mg/L和33 mg/L）。Domizio等人（2014年）报告称，在不含多糖的合成葡萄汁培养基中培养的S. ludwigii可释放高达558 mg/L的多糖，其中主要成分是甘露糖（95%），葡萄糖占较小比例（5%）。

最近，Civa等人（2024a,b）强调了S. ludwigii作为葡萄酒酿造用酵母衍生物来源的潜力。他们发现S. ludwigii衍生物在葡萄酒溶液中释放大量具有广泛分子量分布的多糖（Civa等人，2024a），这显著降低了特雷比亚诺托斯卡诺白葡萄酒的浑浊度（Civa等人，2024b）。这与OIV-OENO 740-2024决议一致，该决议正式扩展了监管框架，将非Saccharomyces酵母衍生物纳入监管范围。实际上，使用来自Hanseniaspora uvarum（Voce等人，2024年）、Lachancea thermotolerans（Oyón-Ardoiz等人，2022年）、Metschnikowia pulcherrima（Civa等人，2024a,b；Gaspar等人，2019年；Oyón-Ardoiz等人，2022年）、S. ludwigii（Civa等人，2024a,b）、Schizosaccharces japonicus（Domizio等人，2022年；Millarini等人，2020年）、Starmella bacillaris（Molinelli等人，2025年）和Torulaspora delbrueckii（Civa等人，2024a,b；Lambert-Royo等人，2022年；Snyman等人，2023年；Voce等人，2025年）等非Saccharomyces酵母种的酵母衍生物，已成为提高葡萄酒稳定性、抗氧化活性和感官复杂性的重要生物技术策略。

为了进一步评估S. ludwigii在酵母衍生物生产中的生物技术潜力，首先在试点规模上优化了生物质生产过程。随后应用了六种不同的灭活方法来制备多种衍生物，并对其对Saccharomyces cerevisiae在Glera葡萄汁中发酵性能的影响进行了评估。

章节摘录

酵母菌株和酵母衍生物

所使用的酵母菌株包括属于佛罗伦萨大学农业、食品、环境与林业科学和技术系（DAGRI）微生物菌种库的Saccharomycodes ludwigii SL#64菌株，以及属于Italiana Biotecnologie s.r.l.微生物菌种库的Saccharomyces cerevisiae BARCO09菌株，后者对应于Oenofrance s.r.l.公司的商业产品“Selectys Italica Barco”。该S. cerevisiae菌株经过了部分自溶处理。

酵母生物质的生产

对于SL#64的生物质生产，采用了三步策略：首先在烧瓶中进行预培养，然后在连续进料模式的生物反应器中进行初始生物质扩增，最后在连续进料模式的生物反应器中进行生产。在连续进料阶段测试了五种不同的进料方案，并根据特定生长速率（μ）、湿生物质产量、乙醇产量和出芽细胞百分比来评估酵母的生长动态。

结论

根据OIV-OENO 740-2024决议，非Saccharomyces酵母衍生物被正式认可为实现特定酿酒学目标的强大生物技术工具。本研究重点优化了SL#64菌株的生物质生产，评估了不同的酵母灭活技术，并测试了所得酵母衍生物在白葡萄酒中的应用潜力，以探索S. ludwigii在酵母衍生物生产中的潜力。

作者贡献声明

瓦伦蒂娜·奇瓦（Valentina Civa）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据可视化，数据分析，数据管理。马可·翁加罗（Marco Ongaro）：研究工作。保罗·安东尼奥利（Paolo Antoniali）：监督，方法学研究，数据分析，数据管理。马泰奥·博萨罗（Matteo Bosaro）：研究工作。保拉·多米齐奥（Paola Domizio）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据可视化，项目管理，方法学研究，资金筹集，数据分析，概念构思。

未引用参考文献

Domizio等人，2021年；Molinelli等人，2026年；Tesnière等人，2013年；Wang等人，2021年。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢：

P.D.感谢Enartis srl（意大利特雷卡特市S. Cassiano街99号）的部分财务支持。