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双乙酰阈值很低,是啤酒中重要的风味物质,其含量是啤酒发酵是否成熟的重要标志。α-乙酰乳酸是啤酒发酵过程中,酵母细胞内进行缬氨酸生物合成的中间产物,也是形成双乙酰的前躯体,α-乙酰乳酸脱羧酶(ALDC)能催化α-乙酰乳酸直接脱羧生成乙偶姻。由于啤酒酵母中不存在ALDC基因,不能代谢产生α-乙酰乳酸脱羧酶。本研究筛选含有ALDC基因的啤酒酵母工程菌并对其发酵性能进行研究,工程菌利用自身的代谢作用产生ALDC酶活性,将双乙酰的前躯体α-乙酰乳酸降解,加速双乙酰的还原,从而缩短啤酒发酵的周期。 对获得的250余株ALDC阳性转化子和受体菌进行细胞形态、大小、酵母生长、死亡率和死灭温度等试验;通过双乙酰含量的测定,筛选到10余株酶活性高的工程菌;通过发酵试验,筛选到双乙酰峰值低、还原快、发酵性能及风味物质与青岛啤酒相似的1、2、4、9、14#五株工程菌。 对筛选到的工程菌酶学性能研究表明,工程菌α-乙酰乳酸脱羧酶活性明显受不同浓度CuSO4的诱导。在检测范围内,当CuSO4浓度为20μmol/L时,工程菌酶活性达到最高;工程菌产生的α-乙酰乳酸脱羧酶活性较高的pH范围为5~7,最适pH为6.0;其酶反应活性较高的温度范围为30~60℃,最适反应温度为40℃;工程菌α-乙酰乳酸脱羧酶对热较敏感;在培养过程中产生的酶总量与细胞密度成正比关系,α-乙酰乳酸脱羧酶可能是组成型酶,随着菌体量的增加,α-乙酰乳酸脱羧酶的酶活逐步提高。 工程菌的抗铜性明显高于受体菌,且抗铜性非常稳定。经20代传代后,工程菌的双乙酰含量比受体菌的低20~30%,而且传代的α-乙酰乳酸脱羧酶活性的测定数据也佐证了双乙酰的测定结果。实验结果同时表明,工程菌的发酵性状经过传代,仍保持稳定。 分别提取受体菌和工程菌ZL-4第1代和第20代的总DNA,经HindⅢ酶切后,进行琼脂糖凝胶电泳,并将DNA转移到硝酸纤维素膜上,以α-乙酰乳酸脱羧酶基因为探针,与上述DNA进行Southern杂交。结果表明受体菌没有杂交信号,工程菌4#第1代和第20代均有明显的杂交信号,说明该工程菌带有α-乙酰乳酸脱羧酶基因,遗传稳定性很好。 利用EBC发酵管对1、2、4#进行了8次连续发酵实验,结果表明经过连续传代发酵,工程菌与受体菌相比,酵母生长、死亡率、发酵性能等基本不变,产生的风味物质也基本相同;工程菌与受体菌相比,双乙酰峰值降低8.8~51.7%,平均降低38.6%,其中4#降低32.4~51.7%;工程菌在发酵5天后,就可以将发酵液中的双乙酰的含量降到0.08mg/L或更低,而受体菌则只能降到0.1mg/L;跟踪测定到工程菌发酵液中的α-乙酰乳酸脱羧酶活性,表明α-乙酰乳酸脱羧酶基因在工程菌中成功稳定表达,而且,随着使用代数的增加,并未发现双乙酰的峰值和还原值明显增高的趋势。 在100L中试设备中,跟踪连续七代酵母泥发酵过程中酵母生长、降糖、双乙酰还原曲线,并对发酵过程中酶活性、酵母抗铜性、氨基酸利用等进行分析,结果表明,与受体菌相比,工程菌的双乙酰峰值平均下降23.8~43.1%,双乙酰还原至0.08mg/L的时间平均缩短30~37.5%,风味物质表明工程菌基本保持青岛啤酒的特色,达到了研究的目的。