【摘 要】
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在自然繁殖或工业培养过程中,酵母菌会受到高糖条件的制约,导致其生理性能受到影响,酵母细胞自身的渗透调节是其非常重要的生物学反应。普通酵母菌耐受高糖的能力有限,这限制
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在自然繁殖或工业培养过程中,酵母菌会受到高糖条件的制约,导致其生理性能受到影响,酵母细胞自身的渗透调节是其非常重要的生物学反应。普通酵母菌耐受高糖的能力有限,这限制了对酵母菌高糖耐受特性及机制的理解。耐高糖酵母可在含高浓度糖的环境中生长、代谢和发酵对高糖环境下酒精浓醪发酵有重要应用价值。现有的耐高糖度酵母多数来源高糖基质环境,但其耐受机制尚未阐述清楚。来源不同,耐高糖酵母菌的高糖耐受特性也存在较大差异。本论文从蜂蜜中筛选耐高糖酵母菌,鉴定其种属与抗逆性能,研究了蜂蜜接合酵母在选定的高糖胁迫条件下碳流量的相关变化特性及应激代谢相应,并对其高糖胁迫应激代谢特性进行研究,为酒精浓醪发酵和酵母耐高糖机制研究提供菌种基础。研究结果如下:(1)通过形态学,分子生物学,抗逆性、同化性能等生理生化性能特征对筛选到的耐高糖酵母进行全面系统的鉴定。从17种陈旧蜂蜜中分离得到的6株耐高糖酵母7-7142、7-7352、6-7431、7-7551、7-7651、7-7751,经26S r DNA鉴定其均为蜂蜜接合酵母(Zygo Saccharomyces mellis)。6株酵母都具有良好的糖耐受性、酒精耐受性、酸耐受性、SO2耐受性和同化性能。其中,6-7431的抗逆性能最好。其延滞期为22 h,耐受的最高糖浓度为700 g/L,耐受的最高酒精度为12%,耐受的最低p H为2.5;可利用葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、半乳糖、甘油等6种碳源,尿素、硫酸铵、蛋白胨、酵母提取粉等4种氮源,且能在无维生素生长培养基上生长,对营养物质的利用性能最好。(2)选用生理生化性能最优的蜂蜜接合酵母6-7431在糖浓度为300 g/L、400 g/L、500 g/L、600 g/L的条件下,进行酒精发酵参数优化,采用SPSS和正交助手软件进行单因素和正交分析。结果表明,蜂蜜接合酵母6-7431的酒精发酵过程受接种量、发酵温度、初始p H的影响显著(P<0.05),在糖浓度为300 g/L、400 g/L、500 g/L、600g/L的条件下蜂蜜接合酵母发酵的影响大小依次为接种量>发酵温度>初始p H,确定了在300 g/L、400 g/L、500 g/L、600 g/L糖度条件下蜂蜜接合酵母6-7431的最佳发酵参数为:接种量为10%、培养温度为30℃、初始p H6.0,并以此作为高糖胁迫培养条件。(3)在高糖胁迫培养条件下,蜂蜜接合酵母6-7431高糖胁迫时的碳流量偏向流入海藻糖、甘油、乙醇和TCA循环的代谢支路,与常规培养相比,海藻糖、甘油和TCA循环的通量分别增加了50.00%、17.73%和4.79%,乙醇的代谢通量接近。因此在高糖胁迫条件下蜂蜜接合酵母6-7431的甘油与海藻糖产出通量的变化也反映了其对酵母细胞的重要保护功能。高糖培养时流入TCA循环的碳流量高于常规培养时的碳流量,因此蜂蜜接合酵母6-7431在高糖胁迫条件下的碳流量进入TCA循环的变化反映了高糖胁迫下蜂蜜结合酵母的应激代谢响应。(4)以菌株6-7431为代表,通过扫描电镜检测,研究了高糖环境对蜂蜜接合酵母细胞形态和繁殖方式的影响;通过高效液相色谱检测等分析方法,研究了蜂蜜接合酵母在高糖胁迫下应激代谢产物的变化特性。结果表明,当处于300 g/L~550 g/L的高糖环境中,6-7431能正常出芽生殖,其所产的酒精、甘油,海藻糖、有机酸(苹果酸、α-酮戊二酸、乳酸和柠檬酸)等物质的浓度都远高于100 g/L的含糖环境;当处于550 g/L-700 g/L的高糖环境中,6-7431由主要的出芽生殖逐渐变为孢子生殖,其所产的酒精浓度低于100 g/L的含糖环境,但苹果酸和α-酮戊二酸的浓度仍有所增加;当处于750 g/L高糖环境中,6-7431严重失水,形态干瘪,其所产的酒精浓度为0.6%(v/v),基本停止发酵活动。研究结果揭示了高糖环境对蜂蜜接合酵母细胞形态和繁殖方式的影响,补充阐述了高糖胁迫下蜂蜜接合酵母的应激代谢响应。
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