釀酒酵母種質(zhì)資源的保護(hù)現(xiàn)狀及對(duì)策

郭熙川 唐藝心 許丹 胡丹 方清炫 王玲 王婭錚 陶虹利

摘要：釀酒酵母作為釀酒產(chǎn)業(yè)中生產(chǎn)微生物的重要組成部分，對(duì)酒的產(chǎn)量、品質(zhì)和特性有決定性的作用，但受到工業(yè)化生產(chǎn)選擇的傾向性、生態(tài)環(huán)境的改變、保護(hù)意識(shí)缺乏、管理措施不完善等多方面的影響，導(dǎo)致許多具備地區(qū)特色的優(yōu)良菌種瀕臨滅絕的危險(xiǎn)，為了保護(hù)、培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、有特殊價(jià)值的酵母種質(zhì)資源和保護(hù)菌種生物多樣性的目的[1]。本文提出了擴(kuò)增菌株種類、完善庫(kù)藏菌株信息、加強(qiáng)保藏管理措施、探索新型保藏技術(shù)等相應(yīng)保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：釀酒酵母;資源保護(hù);現(xiàn)狀分析;保護(hù)措施;菌種銀行

釀酒酵母廣泛分布于自然界，是發(fā)酵工業(yè)上的重要微生物，在酒業(yè)釀造技術(shù)上、在能源化工上、在生命科學(xué)研究上都有很大的作用，其發(fā)酵能力的好壞、副產(chǎn)物的多少，直接影響生產(chǎn)產(chǎn)率的高低，間接影響產(chǎn)品的品質(zhì)。由于我國(guó)地區(qū)氣候地理?xiàng)l件的特殊性和多樣性，造就了釀酒酵母具有豐富的遺傳多樣性，產(chǎn)生獨(dú)特的釀酒酵母資源，開(kāi)發(fā)價(jià)值高[2]。但是隨著現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展許多已經(jīng)選育的酵母種質(zhì)資源流失速率越來(lái)越快，加之工業(yè)在利用酵母時(shí)，總是按照一定目標(biāo)，國(guó)內(nèi)許多大型企業(yè)在釀酒時(shí)使用的釀酒酵母為國(guó)外進(jìn)口，這不僅是對(duì)我國(guó)資源的浪費(fèi)，同時(shí)也對(duì)生物多樣性產(chǎn)生影響，沿著一定方向進(jìn)行選擇，選擇的時(shí)間越長(zhǎng)，強(qiáng)度越大，品種的遺傳基礎(chǔ)也越窄，這導(dǎo)致許多的本地已經(jīng)選育的酵母菌種沒(méi)有得到合理的保護(hù)和利用而瀕臨消失滅絕的危險(xiǎn)[3]。

1釀酒酵母概述

釀酒酵母被廣泛應(yīng)用于酒類和發(fā)酵食品的生產(chǎn)中，已有近萬(wàn)年的人工培養(yǎng)歷史，也是在遺傳學(xué)和基因組學(xué)等研究中應(yīng)用最廣泛的真核模型生物。但是，我們對(duì)其在自然環(huán)境中和人工培養(yǎng)環(huán)境中的遺傳多樣性均缺乏充分的了解。研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，野生釀酒酵母菌的遺傳多樣性和群體分化程度超乎預(yù)想，目前已發(fā)現(xiàn)至少8個(gè)分化顯著的野生譜系[4]。

在工業(yè)化生產(chǎn)中使用的釀酒酵母一般分為野生酵母（本土酵母）和人工酵母，使用不同酵母進(jìn)行釀酒會(huì)影響酒類產(chǎn)品最后的品質(zhì)特性。野生酵母在釀酒過(guò)程中需要更加精心的監(jiān)控，發(fā)酵過(guò)程比較緩慢，且發(fā)酵的最終結(jié)果難以預(yù)測(cè)，但是如果在技術(shù)上控制得當(dāng)，采用野生酵母發(fā)酵的酒類產(chǎn)品更接近天然的酒品，更加突出本地的風(fēng)土特征。然而采用人工酵母釀造的葡萄酒味道會(huì)很相似，因?yàn)榻湍甘菬o(wú)性繁殖，均帶有完全相同的特征，但也正因人工酵母這一特征，采用人工酵母釀造的酒產(chǎn)品具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和一致性。

實(shí)際上，野生酵母和人工酵母并沒(méi)有絕對(duì)的優(yōu)劣之分，無(wú)論是野生酵母還是人工酵母，都是生產(chǎn)具有個(gè)性的優(yōu)質(zhì)酒品必不可少的要素。

2釀酒酵母種質(zhì)資源及其重要性

釀酒酵母為發(fā)酵工業(yè)的重要微生物，其細(xì)胞生殖方式大多主要為無(wú)性芽孢生殖，少有裂殖，能夠充分發(fā)酵各種糖類的產(chǎn)能，細(xì)胞壁在通常含大量甘露聚糖，多數(shù)存在于含糖量高、酸度大的水生環(huán)境中。其種類很多，有56個(gè)屬、500多種。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們逐漸發(fā)現(xiàn)這種酵母菌本身能夠產(chǎn)生油脂、糖脂、色素以及各種酶。因此，被廣泛地大量推廣應(yīng)用于食品生物學(xué)、食品工業(yè)、飼料工業(yè)、生物化學(xué)制藥業(yè)、污水凈化以及生命科學(xué)研究上，具有很高的綜合用性和經(jīng)濟(jì)研究?jī)r(jià)值[5]。

2.1釀酒酵母在釀造技術(shù)中的應(yīng)用

釀酒酵母能分解碳水化合物并產(chǎn)生酒精和CO2等化學(xué)成分，是酵母屬中釀酒酵母種。我國(guó)釀造白酒和生產(chǎn)酒精的工廠很多，主要釀造原料可分淀粉質(zhì)、糖質(zhì)和含纖維3大類，以前兩類原料為主要釀造原料。淀粉先經(jīng)淀粉酶作用后轉(zhuǎn)變成糖，再由酵母菌的酒化酶將糖發(fā)酵生成酒精和CO2等，而含糖類的原料則可直接經(jīng)糖發(fā)酵，酵母菌在產(chǎn)品加工發(fā)酵過(guò)程中起著重要的催化作用，影響著產(chǎn)品生產(chǎn)率和產(chǎn)品風(fēng)味[6]。

2.2釀酒酵母在能源化工中的應(yīng)用

釀酒酵母在我國(guó)能源化工行業(yè)中主要用于生產(chǎn)酒精，酒精除了可作為“綠色”燃料外還是許多化工行業(yè)中必不可少的基礎(chǔ)化學(xué)原料和有機(jī)溶劑，另外，酒精還是制造香料、染料、油漆、樹(shù)脂等工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)必不可少的有機(jī)溶劑，還可作為珠寶、鐘表等的專用洗滌劑。我國(guó)農(nóng)副產(chǎn)品資源豐富，把農(nóng)副產(chǎn)品廣泛用于工業(yè)酒精生產(chǎn)也是促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品深度加工和保護(hù)環(huán)境的一條有效途徑[7]。

2.3釀酒酵母在飼料生產(chǎn)中的應(yīng)用

釀酒酵母中蛋白質(zhì)平均含量高達(dá)50%以上，一直作為單細(xì)胞蛋白的主要來(lái)源而被廣泛使用在畜牧業(yè)中，單細(xì)胞蛋白主要是從富含蛋白的微生物中提取的一種蛋白質(zhì)，具有有效促進(jìn)家禽動(dòng)物的個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育、縮短家禽飼養(yǎng)期、增加家禽肉質(zhì)含量和蛋含量、改善家禽肉質(zhì)和提高家禽瘦肉率、增強(qiáng)幼禽的抗病能力等一系列的作用。隨著家畜攝入釀酒酵母數(shù)量的增加，釀酒酵母會(huì)在家畜的腸胃道上大量生長(zhǎng)繁殖，可有效改善家畜腸胃的益生菌群代謝結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)家畜的機(jī)體免疫能力和機(jī)體抗病能力[8]。

2.4釀酒酵母在生命科學(xué)研究中的應(yīng)用

釀酒酵母被廣泛作為真核模式生物，通過(guò)對(duì)釀酒酵母?jìng)€(gè)體基因序列進(jìn)行連鎖分析、定位克隆和分子測(cè)序基因驗(yàn)證等一系列檢測(cè)后就可快速獲得與人類某些疾病相關(guān)的詳細(xì)基因遺傳序列，使構(gòu)建精細(xì)的基因遺傳圖譜系統(tǒng)成為可能，可空前提高人類基因遺傳性相關(guān)疾病的臨床診斷和治療技術(shù)水平。釀酒酵母菌株作為真核生物的模式菌株，與現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合后可使人類對(duì)真核生物的功能基因組信息、生物分子信息學(xué)、DNA細(xì)胞芯片、蛋白組學(xué)、基因敲除等多方面的研究更加深入，同時(shí)還有助于菌株的發(fā)育改良[7]。

3釀酒酵母種質(zhì)資源的現(xiàn)狀分析

3.1具有地區(qū)特色的酵母菌株隨生態(tài)結(jié)構(gòu)的破壞而流失

我國(guó)的種質(zhì)資源非常豐富。近年來(lái)，隨工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，生態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及氣候環(huán)境變化等，野生釀酒酵母資源因其賴以生存繁衍的棲息環(huán)境變化而急劇減少，地方品種大量流失，生物多樣性遭到破壞，急需加大對(duì)瀕臨滅絕的野生種質(zhì)資源進(jìn)行搶救性挖掘，保護(hù)人類賴以生存的基因庫(kù)，保持生物多樣性[9]。

3.2工業(yè)釀酒生產(chǎn)選擇酵母菌株出現(xiàn)傾向性

自2013年以來(lái)，由于國(guó)內(nèi)酒行業(yè)間激烈的競(jìng)爭(zhēng)以及國(guó)外進(jìn)口葡萄酒的沖擊，對(duì)我國(guó)酒行業(yè)市場(chǎng)造成了嚴(yán)重的影響。進(jìn)口的葡萄酒品種多樣，口味獨(dú)特且風(fēng)格各異，而我國(guó)葡萄酒風(fēng)味則大同小異，這使得國(guó)產(chǎn)葡萄酒在消費(fèi)者日漸追求高品質(zhì)的情況下，處于被動(dòng)局面[10]。究其原因，主要在于工業(yè)利用酵母時(shí)總是按照一定的目標(biāo)進(jìn)行選擇，導(dǎo)致釀酒酵母特性固定化，在原料中提取的風(fēng)味物質(zhì)便出現(xiàn)了雷同現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致我國(guó)市面上葡萄酒的風(fēng)味大同小異。經(jīng)研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的酵母種類超過(guò)1500種，已鑒定700多種[11]，但只有一少部分在工業(yè)中使用。這一現(xiàn)象指示在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)上存在大面積生產(chǎn)應(yīng)用同一酵母品種，進(jìn)而使得酒的口感風(fēng)味單一，不被大眾所選擇。

3.3對(duì)已有庫(kù)藏菌株性狀信息的掌握不夠完善

由于過(guò)去菌種資源管理技術(shù)不夠成熟，管理工作不夠規(guī)范，對(duì)庫(kù)藏菌種的研究深度和廣度都不夠，缺乏統(tǒng)一的、?較完整的菌株信息記錄和重要性狀的評(píng)價(jià)，因而庫(kù)藏菌種資源的信息并不豐富，不利于菌種資源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用。

3.4菌種資源未實(shí)現(xiàn)共享

早在20世紀(jì)40年代，我國(guó)相關(guān)研究人員開(kāi)始收集和保藏酵母菌等菌種，進(jìn)行資源保護(hù)，應(yīng)用于科研與生產(chǎn)。但資源的保護(hù)與保藏，最終目的是為了資源的共享與利用，目前許多釀酒酵母資源分散在各個(gè)單位甚至專家手中，資源不能得到充分地利用與開(kāi)發(fā)。只有開(kāi)放共享，才能進(jìn)一步挖掘釀酒酵母的巨大價(jià)值，發(fā)揮其更大和更關(guān)鍵的作用[12]。

4釀酒酵母種質(zhì)資源的保護(hù)措施

4.1挖掘新型菌株、提高菌種多樣性

加大收集重要釀酒酵母菌株的力度，不斷擴(kuò)大菌種保藏管理中心庫(kù)存菌種資源的數(shù)量，在保證數(shù)量的同時(shí)，需保證質(zhì)量第一，數(shù)量與質(zhì)量并重，高質(zhì)量高效率的保護(hù)生物資源。

4.2完善對(duì)庫(kù)藏菌株的資源評(píng)價(jià)

加強(qiáng)對(duì)酵母菌種的基礎(chǔ)研究和評(píng)價(jià)工作，完善基本信息，便于科學(xué)研究和生產(chǎn)的長(zhǎng)期使用，為工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

4.3加強(qiáng)釀酒酵母菌種資源的管理體系，實(shí)現(xiàn)資源共享

保藏機(jī)構(gòu)之間有很多種共享合作的方式，除了共享信息與物質(zhì)資源外，還可以為科研院所和高等院校等提供微生物菌種的鑒定服務(wù);利用已經(jīng)建立的篩選和評(píng)價(jià)方法，為用戶提供生物活性評(píng)估服務(wù);利用保藏技術(shù)和設(shè)施的優(yōu)勢(shì)，為其他單位提供冷干管的制備、委托保存、開(kāi)放式存儲(chǔ)等技術(shù)服務(wù)共享的資源，在保證共享量的同時(shí)，須確保質(zhì)量先行，數(shù)量與質(zhì)量并重，高質(zhì)量和高效率的共享才可以確保更大的研究空間。

4.4探索新型資源保藏技術(shù)

對(duì)于存儲(chǔ)菌種來(lái)講，保持菌種的穩(wěn)定性是保藏工作必須注意的一個(gè)重要方面[13]，不同種類的菌株在溫度、酸堿度、水分活度等要求上不盡相同，具有特殊遺傳性狀的菌株在環(huán)境要求上更加苛刻，所以需要不斷研究開(kāi)發(fā)新技術(shù)，以保證菌種的安全。

5釀酒酵母菌種資源保護(hù)的展望

種質(zhì)生物資源仍然是生產(chǎn)的重要源頭，種質(zhì)資源的優(yōu)劣對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量起到?jīng)Q定性的影響，種質(zhì)生物資源問(wèn)題的研究特別是種質(zhì)生物資源有關(guān)遺傳多樣性的研究在生產(chǎn)開(kāi)發(fā)中具有重要指導(dǎo)意義，到2020年，我國(guó)釀酒酵母新增種質(zhì)資源約7萬(wàn)份，保存總量達(dá)55萬(wàn)份，其中國(guó)家長(zhǎng)期保存50萬(wàn)份，引進(jìn)資源比例提高到25%;預(yù)計(jì)到2030年，會(huì)再新增種質(zhì)資源23萬(wàn)份，保存總量達(dá)78萬(wàn)份，其中國(guó)家長(zhǎng)期保存70萬(wàn)份，引進(jìn)資源比例提高到30%[9]。野生資源得到有效收集和保護(hù)，優(yōu)異資源得到有效引進(jìn)，資源保存總量大幅提升。

建立釀酒酵母菌種銀行數(shù)據(jù)庫(kù)，預(yù)先將健康的、有活力的酵母菌在超低溫環(huán)境下存儲(chǔ)起來(lái)，將來(lái)用來(lái)保健、抗衰以及在工業(yè)生產(chǎn)中可以從菌種銀行取出用于生產(chǎn)[14]。存儲(chǔ)過(guò)程中的酵母菌也會(huì)產(chǎn)生生命價(jià)值，就如同存在銀行的錢(qián)產(chǎn)生的收益，其利息就是提高質(zhì)量。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)里包括不同種類、不同階段的健康菌種的信息。通過(guò)分析大數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)這些酵母進(jìn)行篩選與應(yīng)用的研究，為工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)和促進(jìn)名族工業(yè)的發(fā)展。

野生酵母資源的開(kāi)發(fā)利用是發(fā)酵工業(yè)菌種改良的基石，也是基因多樣性的重要來(lái)源。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，釀酒酵母菌種銀行將趨于標(biāo)準(zhǔn)化、智能化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化就是將菌種銀行的存儲(chǔ)操作程序進(jìn)行優(yōu)化，將優(yōu)化的程序作為標(biāo)準(zhǔn)。酵母菌樣本從采集、分離、鑒定、評(píng)價(jià)、優(yōu)良菌種選育、制備到存儲(chǔ)，以及未來(lái)復(fù)蘇、制備、生產(chǎn)運(yùn)用等諸多環(huán)節(jié)[15]，都需要遵循相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作。標(biāo)準(zhǔn)化的目的在于讓存儲(chǔ)的酵母菌種更加安全，活性得到保障。同時(shí)，自動(dòng)化的機(jī)械操作可以讓流程標(biāo)準(zhǔn)化，減少人為誤差。

（2）智能化就是菌種銀行融入人工智能一系列的前沿技術(shù)，保障了菌種樣本的質(zhì)量與安全，提高了存儲(chǔ)的效率和精確性。

（3）產(chǎn)業(yè)化，按照產(chǎn)業(yè)的要求，打造全自動(dòng)化生物樣本庫(kù)系統(tǒng)，為作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化的建立，同時(shí)也解放相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員原本繁瑣的工作量，進(jìn)一步為菌種銀行實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘍?chǔ)存夯實(shí)基礎(chǔ)。

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