现代生物技术在葡萄酒酿制中的应用.doc

现代生物技术在葡萄酒酿制中的应用 洪翔云 摘要：本文通过文献的搜索，综述了基因工程、酶工程、细胞工程等技术在葡萄酒酿制中的应用。 关键词：生物技术，葡萄酒，酿制 0 前言 随着现代生物技术的发展及应用，各项生物技术也越来越多地应用到了葡萄酒的酿制过程中，解决了葡萄酒酿制中的各种问题，对改良葡萄酒的品质起到重要的作用。葡萄酒属于发酵酒，也即其酿制涉及微生物的发酵，故微生物的种类以及发酵的条件是影响葡萄酒品质的重要因素之一。而生物技术多用于改造葡萄酒酿制的微生物种类，以及酿制中酶的应用。而本文将介绍各种应用于葡萄酒过程中各种生物技术，包括基因工程，酶工程，细胞工程等。 1基因工程的应用[1] 基因工程主要用于改良酿制的葡萄酒酵母性状，从而改良其发酵的功能，得到高品质的葡萄酒。目前利用基因工程构建的酵母菌主要有以下类型： 1）具有优良发酵性能的酵母菌 Cardona等选择MSN2作为目标基因来提高葡萄酒酵母的抗性，MSN2用于编码启动许多抗性相关基因转录的蛋白因子，采用基因SPI1的启动子代替此基因自身的启动子，来调控MSN2的过量表达，改良的酵母细胞和对照酵母相比，15℃和30℃发酵速率均有所提高。修饰SUT1、SUT2、PMA1和PMA2基因的表达能够提高细胞中固醇的积累以及细胞膜上ATP酶的活性，从而提高酵母对乙醇的耐受力。 2）简化产品的生产工艺的酵母菌 具有良好絮凝性的酿酒酵母可使葡萄酒发酵液澄清速度加快，降低酵母分离的能量消耗，还可防止酵母细胞因长时间悬浮于发酵液中致使细胞自溶而影响葡萄酒的风味。酿酒酵母的絮凝特性是由其本身的遗传特性所决定，对絮凝基因的调控表达可以保障酵母在发酵过程中维持高悬浮态，获得迅速的发酵，而在发酵完成时，酵母细胞能够进行快速有效地沉淀。有研究表明，将絮凝素基因FLO1与后期发酵启动子HSP30相连接，通过热击处理进行诱导表达，确保人工控制的絮凝在发酵结束时实现。 3）嗜杀酵母菌的构建 在葡萄酒的整个生产过程中，有害微生物的生长会改变产品的化学组成，劣化其外观、香气和风味。嗜杀酵母的构建就是在酿酒酵母中引入对杂菌有抑制或杀死作用的基因，以有效控制杂菌的污染。例如编码鸡蛋蛋清溶菌酶基因HEL1、乳酸片球菌的片球菌素基因PED1和明串珠菌属的明串珠菌素基因LCA1都已用在具有杀菌能力的工程酵母菌中。最理想的是将各种抗微生物的活性全部整合到葡萄酒酵母中，从而在葡萄酒酿造过程中抑制所有导致变质的细菌、酵母菌及霉菌。 4）能改善产品的保健及安全性能的酵母菌 众所周知，适度饮用葡萄酒可缓解人的压力，延缓衰老，美容养颜，预防心脑血管疾病及癌症的发生，其原因在于葡萄酒中含有保护性物质，如各种酚类化合物、白藜芦醇、水杨酸、鞣酸、黄酮类物质、维生素C、维生素E、微量元素硒、锌、锰等。 Sánchez-Torres等将假丝酵母中编码β-葡萄糖苷酶的基因bgIN导入葡萄酒酿酒酵母中，并使其表达，随后González-Candelas等研究发现，这种重组酵母发酵生产的葡萄酒中白藜芦醇的含量明显升高。 5）能改善产品的感官品质的酵母菌 Bony等进行了苹果酸-乳酸酶基因mleS和粟酒裂殖酵母苹果酸通透酶基因mae1在酿酒酵母中的共表达研究，结果表明转化子能彻底降解苹果酸。Volschenk等从粟酒裂殖酵母中分离到苹果酸通透酶基因mae1和苹果酸酶基因mae2，将mae1和mae2转移至酿酒酵母细胞中并使其外源基因功能性表达，转化子能够将苹果酸转化为乙醇，即苹果酸-乙醇发酵。李华等通过克隆包含mleA和mleP基因的mle基因座并转化酿酒酵母，使其中的mleA基因得到外源表达，部分L-苹果酸降解生成乳酸。应用这些改良的基因工程酵母菌株可以简化葡萄酒的发酵工艺，避免乳酸菌在苹果酸-乙醇发酵过程中产生不必要或不安全的代谢副产物如生物胺，减少细菌引发的葡萄酒酸败，缩短葡萄酒的酿造周期。 在葡萄酒酿造过程中，葡萄中香味物质的释放与转化和最终消费者所能品尝到的葡萄酒的典型风味和果香特征密切相关。葡萄浆果中的呈香物质多以糖苷的形式存在于果皮和果汁中，在酒精发酵过程中，存在于浆果及酵母中的糖苷酶水解糖苷，促进香味物质如单萜类物质（芳樟醇、香叶醇等）释放到酒中，但存在于葡萄浆果及酿酒酵母中的糖苷酶种类有限，且易受到葡萄糖的强烈抑制，而霉菌中具有多种水解糖苷能力强的酶类，所以人们开始探索运用基因重组手段构建水解糖苷能力强的酿酒酵母。Pérez-González等克隆了长臂木霉的β-（-1，4）-内切葡聚糖酶基因egl1，使其在葡萄酒酵母T73中表达，Ganga等将构巢曲霉的β-（1，4）-内切木聚糖酶基因xlnA拷贝到葡萄酒酿酒酵母中并使其表达，经重组酵母发酵获得的葡萄酒的果香均有明显增加。 葡萄酒发酵过程中会产生挥发性含硫化合物，挥发性很强，