酿酒微生物岗位

陆瑶 陈玮哲 刘延琳

  1 葡萄酒生境下Alternaria sp. 的生长情况

  Alternaria是葡萄酒发酵过程中非酵母类的优势真菌（Romano et al. 2019；Chen et al. 2020；Brezná et al. 2010）。如在马瑟兰葡萄酒的自然发酵过程中，Alternaria 在葡萄原料和发酵初期的相对丰度分别达到70%和50%，是真菌群落中占比最高的属，且直到发酵结束仍可以检测到Alternaria的存在（Lu et al. 2020）。本课题组研究发现Alternaria的相对丰度随发酵进程不断增加，在发酵结束时占真菌群落的主导地位，且这种现象存在于宁夏不同子产区不同品种的葡萄酒中；此外，在甘肃武威地区黑比诺葡萄酒自然发酵的各个阶段，Alternaria的丰度均稳定保持在50%左右（曲睿 2023）。类似的结果也见于香宝馨葡萄酒的接种发酵过程（Wang et al.2021）。Yu等人（2012）在酿造高度白酒使用的麦曲中检测到Alternaria alternata为优势真菌，其菌落总数可达到151.1 CFUs×103×g-1。而且，酿酒环境下，pH（4.0-4.5）的条件能够促进Alternaria菌丝体的发育（Brzonkalik et al. 2012）。由此提示，Alternaria能够在酿酒环境下定殖，这可能与其对发酵条件下一些因素的抗性有关。

  2 Alternaria sp. 与酿酒酵母的相互作用对各自生长的影响

  葡萄酒生境下微生物之间的相互作用非常复杂，它们通过互作影响各自菌群的生长、代谢特征，从而改变代谢物图谱并最终影响葡萄酒的品质（Bordet et al. 2020）。现有研究表明酵母能够通过自身分泌物刺激菌丝体的发育，从而促进真菌的生长（Fracchia et al. 2003）。本课题组前期研究发现，在含有5 g/L葡糖酸的YNB培养基中，MG1与酿酒酵母CECA混合培养显著促进MG1的生长。且与MG1单一培养相比，混合培养使 MG1 的菌丝体更饱满，孢子表面更平整、光滑（Lu et al. 2024）。而在YPD培养基中，两菌混合培养对CECA的生长没有明显影响，但是显著抑制MG1的生长。尽管如此，MG1仍然保持一定的生物量（0.8-2.0 g/L）。因此，酿酒酵母对MG1生长的影响与培养环境有关。另外，酿酒酵母合成的挥发性有机化合物（Oro et al. 2017）以及消耗营养物质所引起的碳氮比（Brzonkalik et al. 2012）也会影响Alternaria的生长。相反，一些内生真菌（曲霉属、青霉属）产生的特异性代谢物如β-葡聚糖等，则会阻碍酵母的生长（Fleet et al. 2003）。影响酿酒酵母与其他微生物之间生长关系的因素与胞间接触、营养物质竞争、新化合物的生成以及发酵环境的变化有关（Petitgonnet et al. 2019）。然而，葡萄酒生境下MG1与酿酒酵母的生长关系及影响因素目前尚不清楚。

  3 Alternaria sp. 与酿酒酵母的相互作用对各自代谢的影响

  在代谢方面，有研究发现内生真菌可能促进酒精发酵，但具体机制不明确（Wang et al. 2021）。推测可能与微生物互作提高酵母的产乙醇能力有关。大量研究表明酿酒酵母在与非Sacharomyces酵母混合发酵时，其乙醇脱氢酶基因（ADHI）和与氮吸收、葡萄糖吸收与代谢、乙酸和甘油代谢、金属离子转运、细胞凋亡以及细胞壁结构相关的基因显著上调（Curiel et al. 2017；Ruiz et al. 2020；Shekhawat et al. 2019；Sadoudi et al. 2017）。这些基因与乙醇生成、营养物质的利用、细胞内环境稳定和胞间接触调节密切相关。氮代谢还会影响群体感应分子的合成，如色醇、酪醇等芳香醇类化合物。这些化合物参与细胞间交流和相互作用，从而引起菌体生长和代谢的变化（Bordet et al. 2020）。目前普遍认为酿酒酵母的代谢是决定葡萄酒风味物质和香气特征的主体，因此多数研究仅考察了互作对酿酒酵母代谢通路的影响。在本研究中，MG1 具有不同于酿酒酵母的苯丙烷代谢途径和特异性酶（Lu Yt al. 2019），其在饥饿和乙醇环境下多酚与白藜芦醇的合成分别显著上调（Lu et al. 2020）。综上，在酿酒环境中，MG1 特异性代谢物的合成是否会影响酿酒酵母的发酵特性、代谢特征和挥发性化合物的形成，而酿酒酵母通过酒精发酵引起的酿酒环境的改变又是如何影响 MG1 的生长和代谢的？其中的作用关系与机制均不明确。此外，葡萄酒生境下微生物的互作是一个动态的过程。但现有研究多集中于发酵结束后相关组学（代谢组、转录组）的分析，无法确定菌体之间的相互作用具体发生在哪个阶段（Bordet et al. 2020）。基于此，开展 Alternaria sp. MG1与酿酒酵母的互作及相关机制的研究非常必要，可为建立基于MG1和酿酒酵母的混合酿造工艺以及产品质量的提升奠定基础。

  4 Alternaria sp. 与酿酒酵母互作对葡萄酒香气的影响研究进展

  虽然葡萄品种与栽培技术提供了葡萄酒风味的基础，但是微生物之间的互作决定了产品的独特性和香气复杂性。多项关于葡萄酒中微生物菌群功能的研究揭示，Alternaria与葡萄酒的品质密切相关，其贡献主要体现在对醇类、酯类和脂肪酸等挥发性香气物质的影响（Chen et al. 2020）。Alternaria在香宝馨葡萄酒的发酵中与正己醇、丁酸甲酯和2-甲基-3-丁烯-2-醇等11种物质成正相关，其中丁酸甲酯和2-甲基-3-丁烯-2-醇能够赋予葡萄酒甜味和果味香气（Wang et al. 2021；Vișan et al. 2017）。在霞多丽葡萄酒自然发酵过程中，Alternaria infectoria与β-大马酮具有较强的相关性（Liu et al. 2021）。该物质能通过增强肉桂酸乙酯和乙酸酯的果味，并掩盖2-甲氧基-3-异丁基吡嗪（IBMP）的草本味而间接地影响葡萄酒的香气（Pineau et al. 2007）。也有研究发现葡萄内生真菌－酿酒酵母的互作使前者携带的不良风味在酒精发酵时减弱，这与酿酒酵母中相关酶对不良香气活性成分的转化有关（Fleet et al. 2003）。

  研究表明，将转入MG1 4CL基因（编码对香豆酰辅酶 A 连接酶）的酿酒酵母用于葡萄酒发酵，显著提高了酒中乙酯类和脂肪酸物质的含量，从而提升了葡萄酒的果味和奶酪味香气，并降低了生青味（Lu et al. 2021）。更为重要的是，MG1与酿酒酵母CECA混合发酵的葡萄酒果香、花香特征显著，感官评价更高。由此提示，MG1与CECA可能通过相互作用生成/抑制、上调/下调以及转化香气活性成分，从而直接或间接地影响葡萄酒的香气品质。