酿酒酵母种质资源的保护现状及对策

郭熙川 唐艺心 许丹 胡丹 方清炫 王玲 王娅铮 陶虹利

摘要：酿酒酵母作为酿酒产业中生产微生物的重要组成部分，对酒的产量、品质和特性有决定性的作用，但受到工业化生产选择的倾向性、生态环境的改变、保护意识缺乏、管理措施不完善等多方面的影响，导致许多具备地区特色的优良菌种濒临灭绝的危险，为了保护、培育优质高产、有特殊价值的酵母种质资源和保护菌种生物多样性的目的[1]。本文提出了扩增菌株种类、完善库藏菌株信息、加强保藏管理措施、探索新型保藏技术等相应保护措施。

关键词：酿酒酵母;资源保护;现状分析;保护措施;菌种银行

酿酒酵母广泛分布于自然界，是发酵工业上的重要微生物，在酒业酿造技术上、在能源化工上、在生命科学研究上都有很大的作用，其发酵能力的好坏、副产物的多少，直接影响生产产率的高低，间接影响产品的品质。由于我国地区气候地理条件的特殊性和多样性，造就了酿酒酵母具有丰富的遗传多样性，产生独特的酿酒酵母资源，开发价值高[2]。但是随着现代工业化的发展许多已经选育的酵母种质资源流失速率越来越快，加之工业在利用酵母时，总是按照一定目标，国内许多大型企业在酿酒时使用的酿酒酵母为国外进口，这不仅是对我国资源的浪费，同时也对生物多样性产生影响，沿着一定方向进行选择，选择的时间越长，强度越大，品种的遗传基础也越窄，这导致许多的本地已经选育的酵母菌种没有得到合理的保护和利用而濒临消失灭绝的危险[3]。

1酿酒酵母概述

酿酒酵母被广泛应用于酒类和发酵食品的生产中，已有近万年的人工培养历史，也是在遗传学和基因组学等研究中应用最广泛的真核模型生物。但是，我们对其在自然环境中和人工培养环境中的遗传多样性均缺乏充分的了解。研究数据发现，野生酿酒酵母菌的遗传多样性和群体分化程度超乎预想，目前已发现至少8个分化显著的野生谱系[4]。

在工业化生产中使用的酿酒酵母一般分为野生酵母（本土酵母）和人工酵母，使用不同酵母进行酿酒会影响酒类产品最后的品质特性。野生酵母在酿酒过程中需要更加精心的监控，发酵过程比较缓慢，且发酵的最终结果难以预测，但是如果在技术上控制得当，采用野生酵母发酵的酒类产品更接近天然的酒品，更加突出本地的风土特征。然而采用人工酵母酿造的葡萄酒味道会很相似，因为酵母是无性繁殖，均带有完全相同的特征，但也正因人工酵母这一特征，采用人工酵母酿造的酒产品具有很强的稳定性和一致性。

实际上，野生酵母和人工酵母并没有绝对的优劣之分，无论是野生酵母还是人工酵母，都是生产具有个性的优质酒品必不可少的要素。

2酿酒酵母种质资源及其重要性

酿酒酵母为发酵工业的重要微生物，其细胞生殖方式大多主要为无性芽孢生殖，少有裂殖，能够充分发酵各种糖类的产能，细胞壁在通常含大量甘露聚糖，多数存在于含糖量高、酸度大的水生环境中。其种类很多，有56个属、500多种。随着现代科学技术的不断进步，人们逐渐发现这种酵母菌本身能够产生油脂、糖脂、色素以及各种酶。因此，被广泛地大量推广应用于食品生物学、食品工业、饲料工业、生物化学制药业、污水净化以及生命科学研究上，具有很高的综合用性和经济研究价值[5]。

2.1酿酒酵母在酿造技术中的应用

酿酒酵母能分解碳水化合物并产生酒精和CO2等化学成分，是酵母属中酿酒酵母种。我国酿造白酒和生产酒精的工厂很多，主要酿造原料可分淀粉质、糖质和含纤维3大类，以前两类原料为主要酿造原料。淀粉先经淀粉酶作用后转变成糖，再由酵母菌的酒化酶将糖发酵生成酒精和CO2等，而含糖类的原料则可直接经糖发酵，酵母菌在产品加工发酵过程中起着重要的催化作用，影响着产品生产率和产品风味[6]。

2.2釀酒酵母在能源化工中的应用

酿酒酵母在我国能源化工行业中主要用于生产酒精，酒精除了可作为“绿色”燃料外还是许多化工行业中必不可少的基础化学原料和有机溶剂，另外，酒精还是制造香料、染料、油漆、树脂等工业生产部门必不可少的有机溶剂，还可作为珠宝、钟表等的专用洗涤剂。我国农副产品资源丰富，把农副产品广泛用于工业酒精生产也是促进农产品深度加工和保护环境的一条有效途径[7]。

2.3酿酒酵母在饲料生产中的应用

酿酒酵母中蛋白质平均含量高达50%以上，一直作为单细胞蛋白的主要来源而被广泛使用在畜牧业中，单细胞蛋白主要是从富含蛋白的微生物中提取的一种蛋白质，具有有效促进家禽动物的个体生长发育、缩短家禽饲养期、增加家禽肉质含量和蛋含量、改善家禽肉质和提高家禽瘦肉率、增强幼禽的抗病能力等一系列的作用。随着家畜摄入酿酒酵母数量的增加，酿酒酵母会在家畜的肠胃道上大量生长繁殖，可有效改善家畜肠胃的益生菌群代谢结构，增强家畜的机体免疫能力和机体抗病能力[8]。

2.4酿酒酵母在生命科学研究中的应用

酿酒酵母被广泛作为真核模式生物，通过对酿酒酵母个体基因序列进行连锁分析、定位克隆和分子测序基因验证等一系列检测后就可快速获得与人类某些疾病相关的详细基因遗传序列，使构建精细的基因遗传图谱系统成为可能，可空前提高人类基因遗传性相关疾病的临床诊断和治疗技术水平。酿酒酵母菌株作为真核生物的模式菌株，与现代分子生物学技术紧密结合后可使人类对真核生物的功能基因组信息、生物分子信息学、DNA细胞芯片、蛋白组学、基因敲除等多方面的研究更加深入，同时还有助于菌株的发育改良[7]。

3酿酒酵母种质资源的现状分析

3.1具有地区特色的酵母菌株随生态结构的破坏而流失

我国的种质资源非常丰富。近年来，随工业化、城镇化进程的加快，生态结构的调整以及气候环境变化等，野生酿酒酵母资源因其赖以生存繁衍的栖息环境变化而急剧减少，地方品种大量流失，生物多样性遭到破坏，急需加大对濒临灭绝的野生种质资源进行抢救性挖掘，保护人类赖以生存的基因库，保持生物多样性[9]。

3.2工业酿酒生产选择酵母菌株出现倾向性

自2013年以来，由于国内酒行业间激烈的竞争以及国外进口葡萄酒的冲击，对我国酒行业市场造成了严重的影响。进口的葡萄酒品种多样，口味独特且风格各异，而我国葡萄酒风味则大同小异，这使得国产葡萄酒在消费者日渐追求高品质的情况下，处于被动局面[10]。究其原因，主要在于工业利用酵母时总是按照一定的目标进行选择，导致酿酒酵母特性固定化，在原料中提取的风味物质便出现了雷同现象，进而导致我国市面上葡萄酒的风味大同小异。经研究调查发现，目前已经发现的酵母种类超过1500种，已鉴定700多种[11]，但只有一少部分在工业中使用。这一现象指示在我国工业生产上存在大面积生产应用同一酵母品种，进而使得酒的口感风味单一，不被大众所选择。

3.3对已有库藏菌株性状信息的掌握不够完善

由于过去菌种资源管理技术不够成熟，管理工作不够规范，对库藏菌种的研究深度和广度都不够，缺乏统一的、 较完整的菌株信息记录和重要性状的评价，因而库藏菌种资源的信息并不丰富，不利于菌种资源的进一步开发和利用。

3.4菌种资源未实现共享

早在20世纪40年代，我国相关研究人员开始收集和保藏酵母菌等菌种，进行资源保护，应用于科研与生产。但资源的保护与保藏，最终目的是为了资源的共享与利用，目前许多酿酒酵母资源分散在各个单位甚至专家手中，资源不能得到充分地利用与开发。只有开放共享，才能进一步挖掘酿酒酵母的巨大价值，发挥其更大和更关键的作用[12]。

4酿酒酵母种质资源的保护措施

4.1挖掘新型菌株、提高菌种多样性

加大收集重要酿酒酵母菌株的力度，不断扩大菌种保藏管理中心库存菌种资源的数量，在保证数量的同时，需保证质量第一，数量与质量并重，高质量高效率的保护生物资源。

4.2完善对库藏菌株的资源评价

加强对酵母菌种的基础研究和评价工作，完善基本信息，便于科学研究和生产的长期使用，为工业生产提供理论依据。

4.3加强酿酒酵母菌种资源的管理体系，实现资源共享

保藏机构之间有很多种共享合作的方式，除了共享信息与物质资源外，还可以为科研院所和高等院校等提供微生物菌种的鉴定服务;利用已经建立的筛选和评价方法，为用户提供生物活性评估服务;利用保藏技术和设施的优势，为其他单位提供冷干管的制备、委托保存、开放式存储等技术服务共享的资源，在保证共享量的同时，须确保质量先行，数量与质量并重，高质量和高效率的共享才可以确保更大的研究空间。

4.4探索新型资源保藏技术

对于存储菌种来讲，保持菌种的稳定性是保藏工作必须注意的一个重要方面[13]，不同种类的菌株在温度、酸碱度、水分活度等要求上不尽相同，具有特殊遗传性状的菌株在环境要求上更加苛刻，所以需要不断研究开发新技术，以保证菌种的安全。

5酿酒酵母菌种资源保护的展望

种质生物资源仍然是生产的重要源头，种质资源的优劣对产品产量和质量起到决定性的影响，种质生物资源问题的研究特别是种质生物资源有关遗传多样性的研究在生产开发中具有重要指导意义，到2020年，我国酿酒酵母新增种质资源约7万份，保存总量达55万份，其中国家长期保存50万份，引进资源比例提高到25%;预计到2030年，会再新增种质资源23万份，保存总量达78万份，其中国家长期保存70万份，引进资源比例提高到30%[9]。野生资源得到有效收集和保护，优异资源得到有效引进，资源保存总量大幅提升。

建立酿酒酵母菌种银行数据库，预先将健康的、有活力的酵母菌在超低温环境下存储起来，将来用来保健、抗衰以及在工业生产中可以从菌种银行取出用于生产[14]。存储过程中的酵母菌也会产生生命价值，就如同存在银行的钱产生的收益，其利息就是提高质量。这个数据库里包括不同种类、不同阶段的健康菌种的信息。通过分析大数据库，对这些酵母进行筛选与应用的研究，为工业生产提供理论依据和促进名族工业的发展。

野生酵母资源的开发利用是发酵工业菌种改良的基石，也是基因多样性的重要来源。在未来的发展过程中，酿酒酵母菌种银行将趋于标准化、智能化和产业化发展：

（1）标准化就是将菌种银行的存储操作程序进行优化，将优化的程序作为标准。酵母菌样本从采集、分离、鉴定、评价、优良菌种选育、制备到存储，以及未来复苏、制备、生产运用等诸多环节[15]，都需要遵循相应的规范进行标准化操作。标准化的目的在于让存储的酵母菌种更加安全，活性得到保障。同时，自动化的机械操作可以让流程标准化，减少人为误差。

（2）智能化就是菌种银行融入人工智能一系列的前沿技术，保障了菌种样本的质量与安全，提高了存储的效率和精确性。

（3）产业化，按照产业的要求，打造全自动化生物样本库系统，为作业流程标准化的建立，同时也解放相关专业技术人员原本繁琐的工作量，进一步为菌种银行实现规模化储存夯实基础。

参考文献：

[1] 熊子书. 中国酿酒酵母菌的研究--不同酒类酵母筛选与应用纪实（下）[J]. 酿酒科技， 2002.

[2] 阿曼妮萨·艾海提.新疆葡萄与葡萄酒酿酒酵母遗传多样性研究[D].2019.

[3] 白逢彦. 野生和驯养酿酒酵母菌资源及其遗传多样性与群体演化[C]// 第六届全国微生物资源学术暨国家微生物资源平台运行服务研讨会. 0.

[4]白逢彦. 野生和驯养酿酒酵母菌资源及其遗传多样性与群体演化[C]// 第六届全国微生物资源学术暨国家微生物资源平台运行服务研讨会. 0.

[5]杨清香. 酵母菌资源的研究现状[J]. 食品研究与开发， 2016.

[6]熊子书. 中国酿酒酵母菌的研究——不同酒类酵母筛选与应用纪实（上）[J]. 酿酒科技， 2002（05）：7-9.

[7]王卫国， 张仟伟， 赵永亮，等. 酿酒酵母的选育及其应用研究进展[J]. 河南工业大学学报（自然科学版）， 2015， 36（006）：104-112.

[8]牛永春. 我国农业微生物菌种资源的保护，管理和利用[C]// 全国农业生物资源与环境调控学术研讨会. 中国农学会;中国腐植酸工业协会， 2006.

[9]种质资源保护现状及发展趋势[J].种业导刊，2015（08）：28-30.

[10]魏玉洁， 邹弯， 王威，等. 新疆地产葡萄酒优良酿酒酵母菌的筛选[J]. 酿酒科技， 2016（5）：42-47.

[11]聂琴， 戴晋军， 胡骏鹏，等. 酵母源生物饲料的菌种与功能[J]. 中国饲料， 2018（11）.

[12]姜孟楠， 魏强. 微生物多样性保护与病原微生物资源保藏[J]. 生物资源， 2020， v.42;No.173（03）：63-67.

[13] 沈睿， 诸葛健. 酵母菌保藏方法的效果评价[J]. 酿酒， 1989（01）：56-58.

[14] 吴方伟. 瞿建国：建全球最大的”细胞银行”，或今年对外开放[J]. 商业文化， 2017（12）：84-85.

[15] 董昧， DONGMei. 微生物菌种保藏方法[J]. 煤炭与化工， 2009，32（7）：34-35.

基金项目：1.重庆第二师范学院“启智”众创空间大学生創新创业孵化项目，编号：ZC202016;2.重庆第二师范学院大学生科研项目，编号：KY20200143

重庆第二师范学院 生物与化学工程学院 重庆 400067