小麦啤酒是一种以小麦麦芽作为主要原料,由上面发酵酵母进行高温发酵而成的啤酒类型。相对于市面上常见的大麦啤酒,其优势在于营养丰富、口味醇厚且泡沫细腻,尤其小麦在我国产量巨大,发展小麦啤酒可以解决成本以及农业发展问题。但是小麦啤酒中高级醇物质含量通常较高,过高的高级醇含量不仅会影响啤酒口味,还会影响人体健康,所以导致目前小麦啤酒产业发展缓慢。影响小麦啤酒高级醇含量的因素有很多,接种量是其中之一,但是目前为止的研究主要针对于下面酵母且并不系统。所以本课题将系统考察接种量对于上面发酵酵母高级醇代谢的影响及其机理分析。实验分别对0.1%v/v、1%v/v和10%v/v三种接种量条件下上面发酵酵母S-17小麦啤酒发酵过程进行监测,考察酵母生长性能、主要发酵指标以及高级醇生成量。实验结果显示,接种量变化对于上面酵母最大比生长速率、酒精度以及真实发酵度无明显影响。但是,接种量减少会导致酵母起发速率下降从而使发酵时间相应延长12到24小时。同时,与10%v/v接种量条件相比,0.1%v/v条件下α-氨基氮消耗量和主要高级醇生成量都有一定幅度的下降,其中α-氨基氮为14.58%;正丙醇为25.01%;异戊醇为25.27%;异丁醇为19.51%;活性戊醇为25.87%;β-苯乙醇为22.24%。为了探究接种量变化造成高级醇生成量差异的原因,实验比较了稳定期和指数生长期阶段不同接种量的发酵指标差异并通过动力学分析加以验证。结果显示,接种量对上面酵母发酵的影响主要反映在稳定期,与10%v/v相比,0.1%v/v接种量条件下稳定期阶段内α-氨基氮消耗量、正丙醇、异丁醇、异戊醇、活性戊醇和β-苯乙醇的积累量分别下降了 81.3%、70.74%、71.76%、83.60%、80.60%和 77.78%。实验构建了上面酵母生长模型以及高级醇生成模型,通过动力学分析表明了随着接种量下降,高级醇的生成与上面酵母生长的偶联程度上升。同时,通过酸化力法测定酵母活性,结果发现减少接种量会使得稳定期内酵母活性下降,影响其发酵能力,推测是因为低接种量条件下酵母繁殖代数过多导致稳定期酵母活性较低造成的。实验探寻接种量变化是否会影响到高级醇代谢相关基因的选择性表达,通过转录组测序测定0.1%v/v和10%v/v条件下基因转录水平的变化。发现与10%v/v相比,0.1%v/v接种量条件下一共有36个基因mRNA水平存在明显差异(变化幅度2倍以上),其中3个为上调基因,33个为下调基因。通过KEGG富集分析,发现氨基酸代谢相关途径受到显著影响,主要涉及6个差异基因,其中,ALD4和ALD6主要与支链氨基酸相关;ARO9和ARO10主要参与芳香族氨基酸代谢;PUT1则主要负责编码脯氨酸通透酶;DAL80与酵母细胞中的氮阻遏现象有关。构建这些差异基因的突变菌株,分别在不同接种量条件下进行发酵验证并与出发菌株相对比。结果表明ALD6、ALD4、ARO9和ARO10是影响上面酵母高级醇代谢的关键功能基因,其中ALD6和ALD4主要和异丁醇和异戊醇生成相关,而ARO9和ARO10则主要与异丁醇和β-苯乙醇生成相关。