《Current Research in Biotechnology》：Biofilm of
Oenococcus oeni on yeast derivatives: An innovation to trigger malolactic fermentation and modulate the molecular fingerprint of wines
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本研究针对气候变化导致葡萄酒酒精度升高、抑制苹果酸乳酸发酵(MLF)的行业难题，创新性地开发了以灭活酵母和酵母壳为生物载体的酒类酒球菌生物膜发酵剂。通过微酿实验结合代谢组学(UHPLC-QToF-MS)和挥发物组学(HS-SPME-GC–MS)分析，发现该生物膜制剂不仅能有效触发MLF，还显著增强了葡萄酒的代谢物多样性（鉴定到7054个特征峰），尤其调控了氨基酸代谢和酯类合成通路。该技术将生物膜优势与OIV认可的酒类添加剂相结合，为优化酿造工艺和提升葡萄酒感官品质提供了合规创新方案。
随着全球气候变暖的加剧，葡萄酒行业正面临前所未有的挑战：葡萄成熟期糖分积累增加直接导致葡萄酒酒精度持续攀升，预计未来几十年内这一现象将愈发显著。高酒精环境对参与葡萄酒发酵的微生物，特别是负责苹果酸乳酸发酵（Malolactic Fermentation, MLF）的乳酸菌造成了严重胁迫。MLF是优质红葡萄酒酿造的关键步骤，通过酒类酒球菌（Oenococcus oeni）将尖锐的苹果酸转化为柔和的乳酸，不仅能提升葡萄酒的微生物稳定性，更能显著增加其香气复杂度，赋予黄油、干果等迷人风味。然而，在高酸、高乙醇的严苛葡萄酒环境中，传统的游离态乳酸菌发酵剂容易失活，导致MLF启动困难或停滞，直接影响葡萄酒品质。
为了解决这一痛点，法国勃艮第大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向了微生物的“堡垒”——生物膜（Biofilm）。生物膜是微生物为适应逆境而形成的结构化群落，细胞包裹在自身分泌的聚合物基质中，具有更强的环境耐受性。以往研究多采用非生物载体（如木材）构建生物膜，但这些材料未被国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）纳入标准酿酒实践，应用受限。本研究创新性地选择OIV已明确授权的酿酒添加剂——酵母衍生物（包括灭活酵母和酵母壳）作为生物载体，旨在开发一种既高效又符合法规的新型生物膜发酵剂。
研究人员首先成功在灭活酵母和酵母壳上构建了成熟的酒类酒球菌生物膜，扫描电子显微镜图像清晰显示了细菌附着于载体表面并被胞外基质包裹的状态。在西拉红葡萄酒的微酿实验中，他们系统比较了生物膜发酵剂与传统游离态发酵剂的性能。
在发酵动力学上，虽然生物膜发酵剂在MLF初期表现出较慢的苹果酸消耗速率（21±15 mg/L/天 for IY; 52±8 mg/L/天 for YH），但其发酵速率在后期提升，最终在27天内完成MLF。研究指出，这种独特的双相发酵模式可能与生物膜内部的生理异质性有关：表层细胞更容易获取营养，而内层细胞则处于生长受限状态，这种结构在带来更强胁迫耐受性的同时，也导致了代谢活性的差异。
真正令人惊喜的发现来自于对葡萄酒分子指纹的深度解析。非靶向代谢组学分析揭示了7054个代谢特征峰，主成分分析显示，不同发酵条件（游离菌、游离菌+酵母衍生物、生物膜）的葡萄酒代谢物组成得到了清晰区分。生物膜生活方式与酵母衍生物的添加共同显著重塑了葡萄酒的代谢谱。具体而言：
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酵母衍生物的作用：其主要通过提供氨基酸（如谷氨酸、亮氨酸）、脂肪酸等营养物质，促进了细菌生长和代谢。灭活酵母更倾向于影响谷氨酸和脯氨酸代谢通路，而酵母壳则更多与亮氨酸和异亮氨酸代谢相关。这些氨基酸代谢的差异可能进一步影响了葡萄酒的香气前体物质形成。
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生物膜的作用：生物膜细胞展现出独特的代谢特征，显著影响了与苯丙氨酸代谢和儿茶酚降解通路相关的化合物。这些通路与香气物质（如赋予花果香的苯乙醇）和群体感应信号分子的产生密切相关。此外，生物膜状态下的葡萄酒中检测到更多潜在的肽段特征，且某些酚类抗氧化物质含量低于游离菌条件，提示生物膜可能作为一种“代谢过滤器”，选择性调控葡萄酒中分子的组成与释放。
挥发物组学分析进一步佐证了生物膜对葡萄酒风味的调控能力。在灭活酵母载体上，生物膜发酵剂酿造的葡萄酒中，部分赋予果香的酯类（如丙酸乙酯、异丁酸乙酯、丁酸乙酯）含量低于游离菌发酵，而乙酸乙酯（苹果香）的含量则有所增加。这表明生物膜发酵剂并非简单地增加香气强度，而是可能对香气谱系进行再平衡，从而影响葡萄酒的整体感官协调性。
这项发表于《Current Research in Biotechnology》的研究，成功将基础微生物学知识与现代酿酒工艺相结合。研究者采用的关键技术包括：基于微孔板的生物膜培养与计数技术、扫描电子显微镜用于生物膜形态学观察、葡萄酒微酿实验结合酶法定量监测苹果酸消耗动力学、超高效液相色谱-四极杆-飞行时间串联质谱进行非靶向代谢组学分析，以及顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术进行挥发性风味物质的靶向分析。
研究结果证实，基于酵母衍生物的酒类酒球菌生物膜发酵剂是一种极具应用前景的创新方案。它不仅解决了高压力环境下MLF的触发难题，更重要的是，通过生物膜独特的生理状态和酵母衍生物的营养补充，深度参与了葡萄酒风味物质的代谢调控，为酿造更具复杂性和个性的葡萄酒提供了新的技术路径。这种将先进生物膜技术融入现有合规酿酒实践的策略，为葡萄酒行业应对气候变化挑战、实现品质升级提供了新颖且实用的解决方案。未来的研究将在更大规模的中试和感官评价中进一步验证其应用价值。
