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天木生物MMC成功助力高乙醇耐受性酿酒酵母的选育

来源:   作者: 发布日期:2023-09-28 访问量:2075


     本期为您推荐河南科技学院杨天佑教授团队发表在Journal of The Science of Food and Agriculture上的一篇文章:Breeding of high-tolerance yeast by adaptive evolution and high-gravity brewing of mutant。 本研究采用优化的微生物微滴培养平台(MMC),对酿酒酵母进行适应性实验室进化(ALE),筛选得到乙醇耐受性升高的菌株。对获得的优势菌株进行超高浓度酿造工艺研究,表明其在超高浓度啤酒酿造中具有应用价值。

     啤酒是世界上消费最广泛的酒精饮料,近年来,越来越多的人喜欢饮用具有多种风格和口味的精酿啤酒。烈性啤酒因为其酒花含量高、风味浓郁、酒精含量高受到如中国,意大利和澳大利亚啤酒喜好者的追捧。烈性啤酒被定义为原始麦芽汁超过16°P(柏拉图度)和酒精含量超过6.5%(v/v)的啤酒。但是超高浓度的酿造会使得酿酒酵母发酵缓慢和活力低下,其中乙醇胁迫源是影响酿造的最主要因素,因此选育高乙醇耐受性菌株成为超高浓度酿造的主要途径。

     目前提高酿酒酵母酒精耐受性的主要方法包括适应性实验室进化(ALE)、诱变、原生质体融合,以及基因操作如基因组编辑、代谢工程和靶向基因表达调控等技术。ALE是利用生物体适应所选择的环境条件的能力来改良菌株,而传统的微生物培养方法操作繁琐、产量低、效率低、耗费大量的人力和试剂,导致ALE耗时耗力。而近期基于液滴微流控技术的新型微生物培养和筛选系统,即自动高通量微生物微滴培养系统(MMC),可以有效的解决上述传统培养所出现的问题,为高效率的筛选乙醇耐受性酵母提供技术基础。

     研究团队首先利用前期筛选得到的菌株YN81,在不同浓度的乙醇条件下进行培养,发现12%的乙醇存在时,酵母生长停滞,因此选取6%-12%作为适应性进化浓度范围。在MMC中生成50个液滴体系,在50天的驯化时间内分别6%,6.6%,7.2%, 7.8%, 8.4%,9.0%,9.6% 和12%梯度添加乙醇,传代时间设定为11 h。最后在12%浓度的乙醇条件下,有3株菌可以良好的生长,分别为1,3,45号液滴(图1)。在300、340、380和420 g/L蔗糖的YPD培养基下,筛选菌株的生长速度均高于亲本菌株YN81,其中YN81mc-8.3在420 g/L蔗糖浓度下的细胞浓度明显高于其他菌株,显示出较好的糖耐受性(图2)。同时在不同浓度的乙醇胁迫下YN81mc-8.3也显示出最好的乙醇耐受性(图3)。

     对获得的优良菌株在遗传稳定性,超高浓度酿造以及啤酒的口感风味方面进行分析(图4-7)。结果显示筛选出的菌株具有良好的遗传稳定性,在酿造过程中的麦汁速率以及最终的乙醇含量均高于野生型。对酿造出的啤酒进行感官分析表明YN81mc-8.3生产的烈性啤酒在视觉、嗅觉和味觉特征方面有着更好的表现。这些结果显示MMC在高浓度乙醇耐受性的酿酒酵母选育方面具有应用前景。


      图片1


图1 酿酒酵母YN81在MMC中八个不同阶段的适应性进化结果

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图2 胁迫选择后的3个菌株与野生型YN81在不同蔗糖浓度的YPD培养基中的生长曲线

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图3 胁迫选择后的3个菌株与野生型YN81在不同乙醇浓度的YPD培养基中的生长曲线

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图4 胁迫选择后的3个菌株与野生型YN81的遗传稳定性


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图5 烈性啤酒酿造过程中的原麦汁和乙醇浓度变化

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图6 不同啤酒样品的物理化学参数

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图7 不同啤酒样品的感官分析



论文链接:https://doi.org/10.1002/jsfa.12959






     本期为您推荐河南科技学院杨天佑教授团队发表在Journal of The Science of Food and Agriculture上的一篇文章:Breeding of high-tolerance yeast by adaptive evolution and high-gravity brewing of mutant。 本研究采用优化的微生物微滴培养平台(MMC),对酿酒酵母进行适应性实验室进化(ALE),筛选得到乙醇耐受性升高的菌株。对获得的优势菌株进行超高浓度酿造工艺研究,表明其在超高浓度啤酒酿造中具有应用价值。

     啤酒是世界上消费最广泛的酒精饮料,近年来,越来越多的人喜欢饮用具有多种风格和口味的精酿啤酒。烈性啤酒因为其酒花含量高、风味浓郁、酒精含量高受到如中国,意大利和澳大利亚啤酒喜好者的追捧。烈性啤酒被定义为原始麦芽汁超过16°P(柏拉图度)和酒精含量超过6.5%(v/v)的啤酒。但是超高浓度的酿造会使得酿酒酵母发酵缓慢和活力低下,其中乙醇胁迫源是影响酿造的最主要因素,因此选育高乙醇耐受性菌株成为超高浓度酿造的主要途径。

     目前提高酿酒酵母酒精耐受性的主要方法包括适应性实验室进化(ALE)、诱变、原生质体融合,以及基因操作如基因组编辑、代谢工程和靶向基因表达调控等技术。ALE是利用生物体适应所选择的环境条件的能力来改良菌株,而传统的微生物培养方法操作繁琐、产量低、效率低、耗费大量的人力和试剂,导致ALE耗时耗力。而近期基于液滴微流控技术的新型微生物培养和筛选系统,即自动高通量微生物微滴培养系统(MMC),可以有效的解决上述传统培养所出现的问题,为高效率的筛选乙醇耐受性酵母提供技术基础。

     研究团队首先利用前期筛选得到的菌株YN81,在不同浓度的乙醇条件下进行培养,发现12%的乙醇存在时,酵母生长停滞,因此选取6%-12%作为适应性进化浓度范围。在MMC中生成50个液滴体系,在50天的驯化时间内分别6%,6.6%,7.2%, 7.8%, 8.4%,9.0%,9.6% 和12%梯度添加乙醇,传代时间设定为11 h。最后在12%浓度的乙醇条件下,有3株菌可以良好的生长,分别为1,3,45号液滴(图1)。在300、340、380和420 g/L蔗糖的YPD培养基下,筛选菌株的生长速度均高于亲本菌株YN81,其中YN81mc-8.3在420 g/L蔗糖浓度下的细胞浓度明显高于其他菌株,显示出较好的糖耐受性(图2)。同时在不同浓度的乙醇胁迫下YN81mc-8.3也显示出最好的乙醇耐受性(图3)。

     对获得的优良菌株在遗传稳定性,超高浓度酿造以及啤酒的口感风味方面进行分析(图4-7)。结果显示筛选出的菌株具有良好的遗传稳定性,在酿造过程中的麦汁速率以及最终的乙醇含量均高于野生型。对酿造出的啤酒进行感官分析表明YN81mc-8.3生产的烈性啤酒在视觉、嗅觉和味觉特征方面有着更好的表现。这些结果显示MMC在高浓度乙醇耐受性的酿酒酵母选育方面具有应用前景。


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图1 酿酒酵母YN81在MMC中八个不同阶段的适应性进化结果

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图2 胁迫选择后的3个菌株与野生型YN81在不同蔗糖浓度的YPD培养基中的生长曲线

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图3 胁迫选择后的3个菌株与野生型YN81在不同乙醇浓度的YPD培养基中的生长曲线

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图4 胁迫选择后的3个菌株与野生型YN81的遗传稳定性


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图5 烈性啤酒酿造过程中的原麦汁和乙醇浓度变化

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图6 不同啤酒样品的物理化学参数

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图7 不同啤酒样品的感官分析



论文链接:https://doi.org/10.1002/jsfa.12959





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