啤酒酵母的自溶会影响啤酒的风味和品质,对酵母自溶的调控是工业啤酒生产的迫切需求.前期在啤酒酵母自溶的研究中发现柠檬酸循环相关基因对酵母自溶有较大影响.为探究柠檬酸循环中异柠檬酸脱氢酶基因调控对自溶的影响,在典型拉格啤酒酵母(Saccharomyces pastorianus H.)Pilsner中对IDP1和IDP2基因进行了破坏和过表达.结果发现IDP1基因的破坏能提高酵母的抗自溶能力,自溶 96 h抗自溶指数为 8.40,比原始菌提高了 1.5 倍.IDP1基因的破坏提高还原型辅酶Ⅱ(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)的供应,NADPH/NADP+的比值为1.94,发酵结束时胞内ATP水平比原始菌提高 1.8 倍,活性氧(reactive oxygen species,ROS)相比原始菌减少 10%.IDP2基因的缺失造成酵母快速自溶和NADPH供应的减少,自溶 96 h抗自溶指数为 4.03,NADPH/NADP+的比值为 0.89.发酵结束时胞内 ATP水平相比原始菌减少 8%,ROS是原始菌的 1.3 倍.本研究进一步阐释了柠檬酸循环相关基因对酵母自溶的调控机理,为选育自溶性能可控的优良酵母提供了理论基础.

近年来的基因组学研究结果已证实拉格啤酒酵母Saccharomyces pastorianus是一个由艾尔啤酒酵母S.cerevisiae和真贝氏酿酒酵母S.eubayanus杂交而成的杂交种,并可根据地域传承和染色体倍性分为两个株系,即l型/Saaz系和Ⅱ型/Frohberg系.前者主要为异源3倍体,后者则主要为异源4倍体.为了探讨中国啤酒酿造酵母菌的物种和菌系归属,我们根据拉格啤酒酵母及其两个菌系的基因组特性,制定了一套基于IntFR片段种特异性扩增和ITS-RFLP分析的精确但简便易行的拉格啤酒酵母菌物种和株系鉴定新方法,并以酿酒酵母属内相关种的模式或权威菌株和部分酒精及面包酵母为参照,对保藏于中国普通微生物菌种保藏中心(CGMCC)的41株啤酒酿造酵母菌进行了重新鉴定和分型.这些菌株除1株原定名为贝氏酿酒酵母S.bayanus外,其余菌株的原定名均为S.cerevisiae.研究结果确认了S.bayanus菌株鉴定的正确性,但在其余的40株啤酒酵母菌株中,21株属于S.cerevisiae,1株属于葡萄汁酿酒酵母S.uvarum,18株属于S.pastorianus.菌系鉴定和流式细胞测定结果显示在确认的S.pastorianus菌株中,1株为Ⅰ型/Saaz系,3倍体;17株为Ⅱ型/Frohberg系,其中9株为4倍体,两株为3倍体,5株介于3倍至4倍体之间.啤酒酵母物种和株系的确认对优化发酵工艺和菌种选育及遗传改造等具有重要意义.

拉格啤酒酵母是我国啤酒酿造的主要菌种.细胞絮凝是啤酒酵母重要的生产性状,在不影响发酵性能的情况下适度提高酵母的絮凝能力,有助于发酵结束时细胞和产物的分离,有利于工业化啤酒生产,具有较高的经济价值.前期在对一株工业用拉格啤酒酵母G03及其絮凝突变株的研究中,挖掘到一个可能影响啤酒酵母絮凝性的候选基因RIM21.为了验证该基因的作用,文中在G03中对RIM21进行了敲除,发现RIM21敲除后,酵母在11℃发酵条件下的絮凝性能增强,基因FLO5、Lg-FLO1及细胞壁完整性途径中的部分基因表达上调.同时,CO2失重、酒精度、发酵度等发酵指标未有明显变化.另外,发现RIM21的缺失增强了啤酒酵母对细胞壁抑制剂的耐性.研究结果为阐释低温发酵条件下啤酒酵母的絮凝调控机理及菌株絮凝性的改善提供了基础.

采用低温底层发酵的拉格(lager)啤酒15世纪开始在德国巴伐利亚地区出现,19世纪初流行至全世界,目前已成为全球产量最高的酒精饮料.目前已阐明,拉格啤酒发酵酵母为巴斯德酿酒酵母(Saccharomyces pastorianus),该种是一个杂交种,由艾尔(ale)啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)与野生真贝氏酿酒酵母(Saccharomyces eubayanus)杂交而成,后者赋予了拉格啤酒酵母的耐低温能力.近年的群体遗传学和群体基因组学研究表明,拉格啤酒酵母的野生亲本S.eubayanus起源于青藏高原,可能通过丝绸之路传播到了欧洲.比较基因组学研究表明,拉格啤酒酵母包含2个株系,即I系/Saaz系和Ⅱ系/Frohberg系,早期分别流行于中欧和西欧地区.前者为近似异源3倍体,后者为近似异源4倍体.2个株系在耐低温、麦芽三糖利用和风味物质产生能力等方面具有明显差异.在中国普通微生物菌种保藏管理中心(China General Microbiological Culture Collection Center,CGMCC)保藏的 S.pastorianus 菌株绝大多数属于II系/Frohberg 系.野生S.eubayanus的发现为通过人工杂交创建新的啤酒酵母杂交菌株,从而为选育具有独特发酵性能的新型非转基因啤酒酵母菌株提供了新途径,可能会对啤酒酿造的未来产生重大影响.本文除简要介绍啤酒酵母的研究历史外,重点阐述近年来在拉格啤酒酵母的杂种特性、起源、演化和基因组构成等方面的最新研究进展,并指出需要进一步解决的问题和未来研究趋势.