【摘 要】
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啤酒是世界上第三受欢迎的饮料,仅次于水和茶。中国占全球啤酒产量的两成,其中工业生产的Lager型啤酒占总产量的90%以上。国内啤酒工业在努力提高产品质量的同时,希望能够降低生产能耗。高浓酿造技术对于啤酒工业意义重大,在工业啤酒生产中应用高浓酿造技术可以降低成本、减少排放并节约水资源等。但是高浓酿造亦存在诸多不足,高浓酿造中酵母发酵性能会显著下降,同时啤酒风味物质不呈比例增加。目前对于高浓酿造的研究
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啤酒是世界上第三受欢迎的饮料,仅次于水和茶。中国占全球啤酒产量的两成,其中工业生产的Lager型啤酒占总产量的90%以上。国内啤酒工业在努力提高产品质量的同时,希望能够降低生产能耗。高浓酿造技术对于啤酒工业意义重大,在工业啤酒生产中应用高浓酿造技术可以降低成本、减少排放并节约水资源等。但是高浓酿造亦存在诸多不足,高浓酿造中酵母发酵性能会显著下降,同时啤酒风味物质不呈比例增加。目前对于高浓酿造的研究多局限于发酵工艺研究与酵母选育提升,从酵母基因水平探究高浓酿造,可以进一步揭示高浓酿造的分子机制,并为酵母选育提供指导。本研究通过分析比较实验室保藏的多株工业啤酒酵母在高浓酿造条件下的发酵性能与风味表型,选取一株优良菌株与其亲本菌株进行发酵过程分析,通过多种指标评价确定该菌株为高浓酿造的优良酵母。通过代谢组与转录组学分析,获得了对啤酒酵母抗逆性能具有关键影响的代谢途径与差异调控基因,进一步进行基因功能验证,并检测分析重要胞内代谢物。为后续高浓酿造酵母的改造提升奠定基础。论文的主要研究结果如下:(1)啤酒酵母高浓酿造性能分析及评价:啤酒酵母在高浓酿造条件下发酵性能下降且风味物质变化。对M14与Tsing2菌株进行胁迫测定与发酵过程分析,通过发酵性能、死亡率与风味物质等评价指标判断,M14菌株在各方向优于Tsing2菌株,是高浓酿造的优良菌株。(2)转录组学与代谢组学分析:浅析了M14菌株在起酵阶段的差异基因与途径,分析了发酵末期M14与Tsing2菌株的转录组与代谢组,确定了高浓酿造中重要调控的代谢途径为碳代谢与氨基酸代谢。高浓酿造会显著抑制EMP途径重要基因,阻碍酵母利用糖原。高浓酿造下的胁迫同样导致了氨基酸途径的显著变化,多种能够纾解胁迫压力的氨基酸含量与基因表达量发生了显著变化。结合M14与Tsing2的表型差异,通过两株菌的显著差异基因筛选获得了9个关键差异调控基因(FDH1、MAN2、PCL1、TPK1、MET30、ATH1、PFK26、TOP3和RPM2)。(3)抗逆相关基因的基因功能验证:选取上述基因进行过表达与敲低菌株的构建,对基因工程菌进行高浓发酵实验并检测胞内ATP与NADH/NAD+比率。发现MAN2、PCL1、PFK26可以显著提升Tsing2菌株的发酵性能,通过ATP动态变化初步分析了影响机制。且基因工程菌的风味物质与出发菌株差异较小。
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