外源海藻糖对啤酒酵母生理性能影响的研究

作     者：王增妹 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李崎

授予年度：2019年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 

主      题：酵母储存 生理性能 海藻糖 啤酒酵母 

摘      要：啤酒生产过程中,酿造过程和酵母的重复利用对酵母产生胁迫。酵母储存是啤酒酵母管理的必经阶段,储存时间的延长和温度的升高会导致酵母生理性能下降,甚至发生自溶,危害啤酒质量。海藻糖是生物体内重要的能源物质,在恶劣环境下对生物体起保护作用。研究啤酒酵母在储存过程中生理性能的变化、了解海藻糖在这一阶段对啤酒酵母的保护作用对啤酒生产具有重要指导意义,且有助于挖掘海藻糖在啤酒酿造领域的应用价值。本文首先研究了酵母生理性能评价指标,其次通过检测细胞活性、活力、抗胁迫能力及mRNA表达水平等指标分析了外源海藻糖在啤酒酵母储存过程中对酵母生理性能的影响和作用机制。本文对两株发酵性能不同的工业下面酵母G-03(Saccharomyces pastorianus)、Pilsner(Saccharomyces pastorianus)和一株典型上面酵母M79(Saccharomyces cerevisiae)进行研究,主要结果如下:(1)啤酒酵母生理性能评价指标的研究:25℃储存过程中,酵母G-03生理性能衰退;胞内pH值与细胞活性存在相关性(r=0.9943),胞内ATP含量也与细胞活性存在相关性(r=0.9160)。4℃储存时,G-03胞内ATP含量与细胞活性仍存在相关性(r=0.7640),但胞内pH值与细胞活性之间不存在相关性,胞内pH值无法反应由胞内ATP含量和细胞活性所反应出来的生理性能的改变。更多菌株的研究结果显示,无论细胞活性变化是否显著,胞内ATP含量均显著变化。因此,胞内ATP含量是一种可以灵敏反应细胞生理性能变化的指标。(2)外源海藻糖对啤酒酵母储存过程生理性能的影响:在25℃储存三株啤酒酵母,与常规的用水储存相比,添加海藻糖将酵母胞内海藻糖含量提高20倍以上,且提升了下面酵母胞内ATP含量、有助于维持下面酵母活性。与用水储存相比,海藻糖溶液储存后的三株酵母渗透压、氧化胁迫耐受性提升,Pilsner酵母乙醇胁迫耐受性提升。因此,25℃添加海藻糖可以提高酵母生理性能,尤其对下面啤酒酵母作用显著。(3)热胁迫下添加海藻糖对啤酒酵母的保护作用及机制分析:37℃下添加海藻糖可以提升三株啤酒酵母的活力和活性。37℃下添加50 mmol·L海藻糖引起了G-03中2505个基因的调控模式发生变化。将差异基因进行富集分析后,富集程度最高的两个KEGG途径为核糖体、真核生物核糖体的生物合成,这两个途径上大多差异基因上调。此外,HSP家族基因中有75%的差异基因上调。推测添加海藻糖促进了核糖体功能和Hsp蛋白功能等酵母自身抗损伤机制。另外,葡萄糖运输基因上调,糖酵解途径上与生产ATP有关基因上调,推测一部分海藻糖在胞外分解成葡萄糖后被运输至胞内,参与糖酵解途径促进ATP的产生提高细胞活力。胞内海藻糖含量上升,外源海藻糖分解关键基因下调,在胞外检测到海藻糖含量,不饱和脂肪酸降解关键基因下调,推测一部分海藻糖被直接运输至胞内,同时外源海藻糖分解受阻,使海藻糖同时存在于细胞膜两侧,抑制膜上不饱和脂肪酸降解从而保护细胞膜。(4)添加海藻糖对高浓酿造中下面啤酒酵母储存过程影响的初步研究:随着酵母使用代数增加,细胞活性和胞内ATP含量下降。海藻糖溶液储存3代酵母提升了下面酵母的活性和活力。