α-酮戊二酸介导的铵盐补偿降黄酒异戊醇含量的分子机制研究

Isoamyl alcohol is a by-product in the fermentation of Chinese rice wine, it is strongly intoxicating and is one of the most important factors influencing Chinese rice wine quality. Isoamyl alcohol synthesis is regulated by the nitrogen source. Nitrogen deficiency is the most common cause for stuck or sluggish fermentation in winemaking. It may lead to the increase of isoamyl alcohol content in the fermentation of Chinese rice wine. Strategies to optimize the synthesis of isoamyl alcohol usually relay on the addition of nutrients (nitrogen sources, etc.). However, it is still unknown how nitrogen supplementation decreases the formation of isoamyl alcohol in the fermentation of Chinese rice wine. The aim of this proposed study is to investigate the molecular mechanism of nitrogen supplementation decreasing the content of isoamyl alcohol during Chinese rice wine fermentation. This is performed by determining changes in metabolic compounds and metabolic enzymes, revealing the metabolic pathway in proteomic level, and exploring the metabolism of nitrogen supplementation, which may be beneficial to controlling the contents of higher alcohols and improving the quality of fermented alcoholic beverages.

异戊醇是黄酒酿造过程产生的副产物，其含量过高会影响黄酒品质，危害消费者健康。异戊醇合成受发酵体系氮素营养状况调控，氮素缺乏导致异戊醇含量升高，铵盐补偿则降低黄酒异戊醇含量。但其机制尚未得到明确解析。转录组学研究表明，铵盐补偿提高了谷氨酸脱氢酶基因GDH1mRNA表达水平。推测NH4+同化作用可能是导致异戊醇含量降低的主要原因。因此，本研究拟以黄酒酿酒酵母为研究菌株，探讨铵盐添加与否对关键中间代谢物及相关酶的影响，明晰NH4+在代谢过程中的关键作用位点；采用蛋白质组学技术，筛选铵盐补偿降黄酒异戊醇含量关键蛋白酶，寻找相关代谢途径；采用基因工程手段，构建GDH1、GLT1、GLN1基因同时缺失酿酒酵母菌株，解析α-酮戊二酸介导的NH4+同化作用降黄酒异戊醇含量的分子调控机制，以期为酿酒过程中高级醇含量控制和发酵酒品质提高提供理论和技术支持，对工业酿酒发酵过程优化与革新具有重要的现实意义。

高级醇是黄酒酿造过程产生的副产物，适量的高级醇可以提升酒的品质，而过量的高级醇则会影响黄酒品质，危害消费者健康，因此，控制黄酒中高级醇的含量对于提升黄酒品质和饮用舒适度具有重要意义。本项目通过探究不同无机氮源对酵母生长及高级醇合成的影响，筛选得到低价的(NH4)2HPO4为适宜的无机氮源。模拟黄酒双边发酵工艺，对(NH4)2HPO4补偿发酵的工艺条件进行了响应面优化、放大研究和实际发酵研究，结果发现(NH4)2HPO4补偿能够有效降低高级醇含量且不影响黄酒的理化指标，在实际应用中具有重要作用。利用基于iTRAQ的标记定量蛋白质组学技术、非靶向代谢组学技术、qRT-PCR、酶学等手段，对不同培养条件下酿酒酵母胞内的蛋白质组学、代谢组学、关键蛋白、关键差异基因表达量进行测定，揭示铵盐的同化吸收通过调节α-酮戊二酸的含量，进一步影响丙酮酸代谢流的分配，使得代谢流量重新排布。铵盐补偿降低高级醇含量是碳代谢与氮代谢各路径协同调控，达到代谢平衡稳态的结果。铵盐补偿降高级醇分子调控机理的解析为酿酒过程中高级醇生成控制和发酵酒品质提高提供理论和技术支持，也为工业酿酒发酵过程优化提供充足的科学依据。本项目执行期间，培养硕士研究生3名，发表研究论文21篇（其中SCI论文4篇），申请发明专利及授权实用新型专利11项，获得中国商业联合会全国商业科技进步奖一等奖1项。