酿酒微生物岗位

秦义 陆瑶 陈宇 雷兴梦 刘延琳

  1 葡萄酒微生物风土

  自然状态下，与葡萄酒相关的微生物是多种多样的，这些微生物在参与葡萄和葡萄酒的一系列生理生化反应过程中也发挥着不可或缺的作用，尤其是葡萄表皮的微生物。

  在国内，我国学者在研究葡萄相关微生态分布方面具有重要进展，包括葡萄果实发育过程、不同地理和品种的葡萄园，以及这些不同微生态分布对葡萄酒自然发酵过程中的动态影响。起初，在葡萄常规的生态栽培模式下，葡萄浆果表皮的微生物多样性时刻在变化（Wei et al., 2022）。以中国乌海产区为例，赤霞珠葡萄浆果发育过程中的真菌和细菌多样性呈下降趋势，真菌中Alternaria、Jattaea，以及细菌中Brevundimonas、Sphingomonas、Acinetobacter、Pseudomonas是浆果发育过程中的核心微生物群（Wei et al., 2022），进一步与环境因素的关联分析也发现，一些细菌群落受气象参数影响更大。成熟葡萄表皮的微生物是参与进一步酿酒过程微生物的主要贡献者。在我国，挖掘各大产区分布的子产区，这对于酿造区域性特色的葡萄酒也具有重要意义。Xu et al.（2022）分析了玛纳斯产区中同一块葡萄园中9个不同品种的葡萄表皮的微生物群落分布，Xue et al.（2021）也调查了来自贺兰山东麓产区三个不同葡萄园的赤霞珠葡萄表皮微生物，都发现了微生物分布模式在不同子产区的不同品种葡萄表皮上具有显著性的差异，这些差异的大小视样品来源而定，并且这些差异影响了不同产区和品种的葡萄酒自然发酵过程中微生物多样性动态（Chen et al., 2022; Wei et al., 2022）。

  在国外，一些非主栽品种自然发酵过程的微生物多样性动态也被表征，如马尔贝克（Rivas et al., 2022）、Nova Scotia（Bunbury-Blanchette et al., 2022）等，这补充证明了葡萄酒微生态的多元影响因素。此外，一些人为因素对这些自然微生物多样性的影响也得到了有效的研究。Rosado et al.（2022）和Rosado et al.（2022）将葡萄皮渣和甘蔗渣堆肥后作为有机肥料分别对Mencia葡萄和Albarino葡萄使用，提高了葡萄的产量，并通过改变了葡萄表皮和酿酒过程中的微生物多样性，最终改善了葡萄酒的化学和感官特性。通过比较了葡萄园的常规管理、有机堆肥管理、生物动力管理（Perpetuini et al., 2022）、避雨遮荫处理（Huang et al., 2022）等耕作方式，发现了农艺管理在调节葡萄表皮微生物多样性及葡萄酒特性方面的重要作用，其中有机堆肥和生物动力管理模式有利于提高微生物的代谢活性和葡萄酒的香气复杂性。并且通过改变这些耕作模式，对于修饰和重塑葡萄园中葡萄根系微生物群落和功能多样性具有重要作用（Wang et al., 2020）。

  2 本土酿酒酵母种质资源研究现状

  酿酒酵母已经被证明存在明显的受区域影响的遗传分化现象，并且在葡萄酒的挥发性成分等方面存在相关的表型分化。酿酒酵母群落的这些区域遗传和表型特征可能表明了当地的适应性，这些与“风土”相关的本土菌株可能特别适合当地的葡萄酒生产。Ayoub等人（2021）在黎巴嫩不同地区自然发酵过程的葡萄汁中采集到了296株酿酒酵母，利用6个多态位点的微卫星方法对其进行了分型，并与88个来自不同国家地区的商业酿酒酵母分离株进行了比较，最终得到了至少2株具有较好葡萄酒发酵剂潜力应用的候选菌株。Liu等人（2021）对澳大利亚当地3个相距不超过12公里的小范围内的酒庄中葡萄酒自然发酵过程的酿酒酵母进行了分离，通过微卫星方法分析了酿酒酵母种群在小范围的地理因素和品种之间的遗传分化特性，共得到了94株典型的酿酒酵母菌株。Arianna等人（2021）基于短端Illumina测序和长端Oxford Nanopore测序有效识别了酿酒酵母的遗传结构变异、单核苷酸多态性、插入和结构变异，揭示了与芳香族化合物生物合成相关的甲羟戊酸途径存在不同程度的调节。Bordet等人（2021）研究了不同的本土酿酒酵母在霞多丽中发酵表型差异，通过与商业酿酒酵母进行对比，发现了不同的酿酒酵母在葡萄酒中的表型差异及代谢差异。Duarte等人（2021）和Guerrini等人（2021）相似地研究了接种了商业酿酒酵母的葡萄酒发酵过程中酿酒酵母的遗传分化，结果表明，现有的不同的商业酿酒酵母可能在表型方面的差异不是特别明显，且受葡萄酒环境的影响，酿酒酵母存在不同程度的遗传多样性。Scott 等人（2021）联合代谢组和基因组学解析了不同的商业酿酒酵母在葡萄酒中代谢差异，这些差异对于酿酒酵母产的挥发性有机化合物的菌株特异性差异。C. Villarroel 等人发现在环境中氮素稀缺情况下，酿酒酵母所表现出的不同的遗传进化，结果表明，在应对压力环境时，自然发生的种群之间的基因表达调控存在广泛差异。

  3 酿酒育种技术

  为了提高酒的品质人们常采用诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程和代谢工程等技术进行育种，王伟雄（王伟雄 et al., 2022）等人通过常压室温等离子体（Atmospheric room temperature plasma, ARTP）诱变技术对非酿酒酵母马克斯克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus）YK进行诱变获得了耐受性高，产香能力强的诱变菌株。高等人对菌株H5（Pichia terricola H5）进行紫外（UV）照射和硫酸二乙酯（DES）诱变处理，提高了出发菌株癸酸乙酯、辛酸乙酯和十二酸乙酯含量明显增加及提高了其耐乙醇及发酵能力（Gao et al., 2022）。随着科技的发展，组学研究不断完善，酒用酵母育种技术的发展将朝着基因工程和代谢工程方向发展，王等人构建了一株酿酒酵母W303-1A的重组菌株W303-EAT，重组菌株发酵后的米酒、蓝莓酒和玫瑰酒的乙酸乙酯产量均高于亲本菌株，异丁醇、异戊醇、酚的含量均低于亲本菌株（Wang et al., 2022）。

  Ruiz-Munoz等人通过S. cerevisiae UCA-Y-001和CLI-S进行杂交获得了3种硫化氢产量较低的进化变体，减少了硫化氢产生，且进化后的菌株与亲本菌株非常相似，不仅在工业水平上减少了感官缺陷，还在葡萄酒中产生更多的花卉味和水果味（Ruiz-Munoz et al., 2022）。Torulaspora delbrueckii和S. cerevisiae 85R4A杂交产生的Sc-mixed Td具有更好的发酵能力（Martinez et al., 2022）。不同菌种间的组合方法变得多样化，Albonico等人将S. cerevisiae （Lalvin EC1118和Lalvin QA23）酵母与K. marxianus作为原生质体融合亲本菌株，获得了具有较高发酵性能的菌株（Albonico et al., 2022）。随着育种技术的发展，酿酒酵母相关研究会更深入，且关于非酿酒酵母的研究将与日俱增，应用面更广阔。

  Lairón等人（2023）通过将不同地酿酒酵母进行杂交，得到了具有高乙醇耐受能力的酿酒酵母品系，并且发现在酿酒环境中，杂交菌株的硫酸盐耐受能力得到提升，说明种间杂交对于提高酿酒酵母酿酒环境中的耐受能力具有明显优势。Eldarov等人（2023）分析了收集到的商业酿酒酵母中的Flor菌株，发现这一类菌株的特点是细胞表面具有更高程度的疏水性和更高的粘附聚苯乙烯的能力，利用该特点可以从环境中快速筛选到这一类酿酒酵母用于酿造特定的陈酿型葡萄酒。Aroa等人（2023）研究了转录因子Gln3在几株商业酿酒酵母的缺失株中的表型差异，证明了转录因子Gln3在酿酒酵母发酵过程中缓解碳源氮源抑制中的关键作用。