《食品科学》：对羟基苯甲醛和阿魏酸对酿酒酵母理化特性的影响

由于化石能源在使用过程中引起的环境问题，使绿色生物能源越来越受到人们的关注。燃料乙醇作为一种重要的清洁可再生能源，以其循环经济、环境友好等优点，已迅速发展成为全球可再生能源领域的战略性新兴产业。但国内大部分地区主要以玉米、甘蔗等粮食作物为原料生产燃料乙醇，而这些作物的供应有限，会导致燃料乙醇生产与粮食供应之间产生竞争。

对羟基苯甲醛（pb）和阿魏酸（fer）是木质纤维素水解液中的主要酚类化合物，其毒性作用强于水解液中的其他酚类抑制物。广西科技大学生物与化学工程学院，广西糖资源绿色加工重点实验室，广西高校糖资源加工重点实验室的安佳星、龙秀锋、易 弋*等人为探明这两种抑制物对酿酒酵母的毒性，通过测定pb和fer处理后酿酒酵母的生长情况、细胞形态、细胞膜通透性、海藻糖含量、傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析等，初步了解抑制物对酿酒酵母的破坏程度，以期为揭示pb和fer对酿酒酵母的毒性机理以及培育耐受性菌株提供依据。

1、pb和fer对细胞生长的影响

由图1可以看出，对照组的酵母生长速率较高，在开始的8 h内迅速生长，之后趋于稳定，而从图1A可以看出，随着pb质量浓度的增加，对酿酒酵母的抑制作用越来越明显，当pb质量浓度为2.0 g/L时，酿酒酵母的生长被完全抑制，为保证后续的分析，选取pb质量浓度为1.0 g/L。如图1B所示，fer质量浓度不高于1.5 g/L时，对数生长期延长，在稳定期的OD值比对照组低，但酿酒酵母的生长曲线没有产生很明显的分离现象，而当fer质量浓度高于1.75 g/L时，酿酒酵母的OD值突然降低。

2、pb和fer对酿酒酵母糖代谢及乙醇含量的影响

由图2可知，对照组在6～10 h葡萄糖消耗较快，第12小时葡萄糖基本消耗完全，乙醇在6～10 h产量较多，并在第12小时趋于平缓。而在酿酒酵母中添加1.25 g/L fer后葡萄糖消耗延迟为6～12 h，14 h葡萄糖基本消耗完全，乙醇的快速生成延迟为6～12 h，之后乙醇生成缓慢增长，基本达到对照组的乙醇产量。当在酿酒酵母中添加1.0 g/L pb后葡萄糖消耗延迟为6～16 h，16 h葡萄糖基本消耗完全，乙醇在6～16 h呈指数形式快速产生，并在第16小时基本达到对照组乙醇含量。因此，1.25 g/L的fer对细胞抑制作用略低于1.0 g/L的pb。

3、pb和fer对酿酒酵母细胞膜通透性的影响

从表1可以看出，与对照组相比，pb处理后酿酒酵母的核酸和蛋白质释放量分别增加58.1%和37.6%，fer处理后酿酒酵母的核酸和蛋白质释放量分别增加47.7%和12.0%，通过比较发现，OD260 nm比OD280 nm增加更为明显，可能是因为核酸的相对分子质量比蛋白质小，核酸比蛋白质更容易透过细胞膜。

4、pb和fer对胞内海藻糖含量的影响

由图3可以看出，与对照组相比，加入1.0 g/L pb和1.25 g/L fer在第0小时海藻糖含量没有显著变化；在第4小时海藻糖含量明显增多，经pb处理后比对照组的海藻糖含量高约34.4%，fer处理后比对照组的海藻糖含量高约16.9%，可能原因是经pb和fer处理后，酵母细胞为应对外界环境的压力，从而产生大量的海藻糖。

5、FTIR分析

由图4可知，与对照组相比，经pb和fer处理后酿酒酵母的特征峰变化较明显，特征峰吸光度整体呈现增强趋势，在3 315 cm -1 处吸收峰面积增加，表明pb和fer改变了细胞壁中几丁质的结构，使细胞的身体骨架发生改变，不能正常保护细胞；代表脂质的官能团在3 002 cm -1 和2 930 cm -1 处的吸光度均明显增强，表明pb和fer改变酰基链—CH 2 —的拉伸，从而对酵母细胞膜的脂质产生破坏；在酰胺I带峰的吸收强度有所增加，表明蛋白质二级结构中α-螺旋或无规卷曲增加，酰胺II带峰的吸收强度增加，表明蛋白质分子间或分子内的氢键缔合作用加强，而蛋白质是细胞壁、细胞膜的主要成分之一。

6、pb和fer对酿酒酵母细胞形态的影响

由结果可知，相对于fer处理组，pb处理后的酿酒酵母的形态有着更大的变化，在pb的作用下，酿酒酵母的细胞壁大量脱落，而失去细胞壁保护的酵母可能使更多的成分暴露于外膜（如蛋白质、脂质），细胞因不能正常生长而死亡。

结 论

根据添加不同质量浓度pb和fer的酿酒酵母生长曲线可知，1.0 g/L pb和1.25 g/L fer能明显抑制酿酒酵母的生长。经1.0 g/L pb和1.25 g/L fer处理均能使酿酒酵母糖代谢和乙醇发酵时间延长，且pb处理组的延长时间较fer处理组延长时间更长。pb和fer处理后会破坏酵母细胞膜，使核酸、蛋白质泄漏到细胞外，导致细胞无法进行正常的生命活动而死亡，为应对外界环境变化对酵母细胞造成影响，处理后的胞内海藻糖含量均明显提高。从pb和fer处理前后的扫描电子显微镜图像可以看出，原本光滑完整的细胞出现褶皱、粘黏现象，并伴有细胞壁的脱落，结合FTIR呈现的代表脂质、蛋白质、核酸等分子成分基团的变化，进一步说明了pb和fer对酿酒酵母的毒性，为揭示pb和fer对酿酒酵母的毒性机理以及培育耐受性菌株提供依据。

本文《对羟基苯甲醛和阿魏酸对酿酒酵母理化特性的影响》来源于《食品科学》2021年42卷22期125-130页，作者：安佳星，龙秀锋，伍时华，曾令杰，黄锦翔，丰丕雪，易弋。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200918-236。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网

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