陆健教授团队：禾谷镰刀菌MH1降解大麦皮壳诱导酵母提前絮凝
【中国国际啤酒网】2022年8月，粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心陆健教授团队在国际期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry（一区Top，IF=5.895）发表了题为“Barley husk degraded byFusarium graminearumMH1 induced premature yeast flocculation”的研究性文章。该研究成果获得国家自然科学基金（31871785）的资助。
本研究探讨了禾谷镰刀菌MH1降解大麦皮壳产生PYF因子的机制和分子特性。通过对禾谷镰刀菌MH1分泌蛋白组研究，发现了大量半纤维素酶、纤维素酶和果胶酶等。这些胞外酶降解大麦壳，产生了不同分子量的PYF多糖因子。通过对发酵过程中酵母细胞zeta电位的测定，证实了高分子量酸性多糖因子能导致PYF，并通过小规模发酵试验验证了PYF因子可以加速酵母絮凝。禾谷镰刀菌分泌水解酶与多糖分子量及组成的关联，为PYF因子的产生机制及啤酒发酵过程中诱导PYF现象的研究提供了新的思路。
该论文的第一作者是江南大学发酵工程2018级博士研究生谢莹，通讯作者是蔡国林副研究员和陆健教授。
酵母是啤酒生产的灵魂，影响啤酒生产过程的稳定性，决定啤酒质量及其一致性。在正常的啤酒发酵过程中，酵母充分利用麦汁中的可发酵性糖，产生乙醇及各类风味物质，然后自然缓慢沉降，即酵母絮凝。酵母絮凝对酵母细胞分离、回收再利用具有重要的作用。然而，生产中有时会出现酵母还没有将可发酵性糖利用完全就大量急速沉降的现象，即酵母提前絮凝（PYF）。PYF不但引起污染微生物及酵母不可回收利用的生产过程控制问题，还导致啤酒残糖高、酒精度低、产生不良风味等质量问题，并最终对成品啤酒的风味一致性产生极大的负面影响，随之造成的经济损失及声誉损失不可估量。PYF现象虽然发生在啤酒发酵过程中，但导致PYF的因子却来源于麦芽，PYF的发生与大麦在田间或制麦过程受到真菌的侵染相关。因此，科学认识PYF因子的产生机制及分子特征，可以指导麦芽生产企业和啤酒厂制定精准的调控策略，预防PYF现象的发生。
通过研究接种到大麦皮壳中的禾谷镰刀菌MH1的分泌组及降解产物的分子特征，揭示了PYF因子的产生机制。禾谷镰刀菌MH1降解大麦皮壳产生的带负电荷的高分子量多糖是主要的PYF因子。带负电荷的PYF多糖因子通过钙离子结合到酵母细胞表面，导致快速絮凝和沉淀。
在禾谷镰刀菌MH1分泌组中鉴定到214种蛋白质，约12%是半纤维素酶，GH11家族的三种木聚糖酶在分泌组中相对丰富，降解大麦皮壳产生了PYF多糖因子。通过对接种禾谷镰刀菌MH1的大麦皮壳浸提液各超滤组分分子量、单糖组成及zeta电位测定，表明较低浓度的带负电荷的高分子量酸性多糖能导致PYF现象。在PYF-麦汁中添加> 50 kDa组分，啤酒小型发酵产生了严重的PYF现象，酵母数和发酵度较低，麦汁中残糖较高。酵母细胞絮凝过程中，PYF多糖因子通过钙离子结合到酵母细胞表面并增加了zeta电位，形成了更大的絮状物并具有更快的沉降速度。
图1 禾谷镰刀菌MH1降解大麦皮壳诱导酵母提前絮凝
图2 不同多糖浓度对PYF的影响白板上写着字描述已自动生成
图3 发酵72h对照酵母絮凝（A）和PYF酵母絮凝（B）显微图