荔枝酒发酵过程中酿酒酵母DCCS101代谢醋酸的调控机制

Acetic acid is the main component of volatile acidity and easily exceeded its critical value during fermentation according to current legislation.The metabolic network of Saccharomyces cerevisiae DCCS101 with acetic acid removal capacity in conditions of coexistence of sugar and acetic acid is constructed by metabolic flux analysis (MFA) via an analysis of sugar and acetic acid metabolites. The aim of this study is to reveal the metabolic mechanism of acetic acid during fermentation and realize the efficient regulation of acetic acid metabolism. It has important practical significance for the safety production of lychee wine with high-quality..Contents of this study including: ① activities of key enzymes of middle metabolic pathways, ② metabolic flux of acetic acid, and ③ regulation law of metabolism acetic acid of S. cerevisiae DCCS101 during fermentation in conditions of coexistence of sugar and acetic acid would be researched. The focal points are ② and ③.

针对荔枝酒生产中挥发酸（主要是醋酸）容易超标的问题，以具有醋酸代谢能力的酿酒酵母DCCS101为研究对象，通过对发酵过程中糖和醋酸代谢产物及酶活性分析，借助MFA技术，构建糖、醋酸共存时的代谢网络。目的是揭示发酵过程中醋酸代谢的技术机理，实现醋酸代谢的高效调控。对荔枝酒的安全生产及生产高品质的荔枝酒具有重要的现实意义。.本项目的研究内容包含：①酿酒酵母DCCS101在发酵过程中糖和醋酸中间代谢途径关键酶活性分析；②荔枝酒发酵过程中酿酒酵母DCCS101代谢醋酸的通量分析研究；③荔枝酒发酵过程中酿酒酵母DCCS101代谢醋酸的调控规律研究。研究重点是②和③。

荔枝酒系较为新颖的热带果酒，酿制过程中其挥发酸（主要为醋酸）容易超标。采用生物技术降酸是解决挥发酸容易超标这一瓶颈问题的重要技术手段。研究内容包含：①酿酒酵母在发酵过程中糖和醋酸中间代谢途径关键酶活性分析；②荔枝酒发酵过程中酿酒酵母代谢醋酸的网络分析；③荔枝酒发酵过程中酿酒酵母代谢醋酸的调控规律研究。. 将具有醋酸代谢能力的酿酒酵母分别接种在新鲜荔枝汁和新鲜荔枝汁+1.5g/L醋酸的发酵培养基中，恒温条件下发酵，与醋酸代谢相关的酶主要有乙酰辅酶A合成酶（ACS）、异柠檬酸脱氢酶（IDH）、苹果酸脱氢酶（MDH）、异柠檬酸裂解酶（ICL）和苹果酸合成酶（MS）。以发酵温度为扰动手段，发现低温条件下发酵有利于降酸酿酒酵母的醋酸代谢，其ACS、IDH、MDH、ICL和MS在醋酸代谢过程中具有同等重要的作用，控制系数分别为0.199、0.204、0.203、0.196和0.199。发酵过程中添加丙酮酸转运蛋白抑制剂α-氰基-4-羟基肉桂酸（α-CCA）、草酰乙酸（OAA）、各种维生素（硫胺素、核黄素及烟酸等）和金属离子（Mg2+、K+、Ca2+和Cu+）等。α-CCA和OAA的最适添加量分别为0.5mmol/L和800mg/L，其对醋酸的代谢能力是对照的1.16和1.07倍。金属Mg2+、K+、Ca2+的最适添加量为4、6和0.13mmol/L，降酸酿酒酵母的醋酸代谢能力分别为对照的1.14、1.09和1.07倍。此3种金属离子对醋酸代谢具有很好的协同效果，当6.1、10.1和0.2mmol/L的Mg2+、K+、Ca2+同时加入时，酿酒酵母的醋酸代谢量比对照提高了15%左右。各种维生素对酿酒酵母代谢醋酸几乎没有作用。金属铜离子对酿酒酵母的醋酸代谢具有负面作用。综上结果，强化TCA和GOA途径，有利于酿酒酵母的醋酸代谢。.本项目的科学意义：在确立含一定醋酸的荔枝汁低温发酵基础上，构建了醋酸代谢网络，揭示了两个途径即TCA和GOA对醋酸代谢的影响。强化TCA和GOA途径有利于醋酸的代谢，实现了降酸酿酒酵母对醋酸代谢的高效调控。