葡萄自然发酵过程中酵母菌的研究
第lO卷
20
l
第2期
中国食品学报
JoumalofChineseInstituteofFoodScienceand711echnol(gy
V01.10No.2Apr.2
0
l0
0年4月
葡萄自然发酵过程中酵母菌的研究
程
雷1
李梓1王军1’2’
北京100083)
(1东北林业大学林学院林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室哈尔滨1500140)(2中国农业大学食品科学与营养工程学院葡萄与葡萄酒研究中心
摘要目的:筛选性状优良的野生酿酒酵母.对葡萄自然发酵过程中的酵母菌进行分离鉴定,探讨葡萄自然发
酵期间酵母茵群的变化。方法:利用WL培养基,对分离自吉林松源的“双红”、“双优”、“赤霞珠”和“黑塞比尔”4个葡萄品种自然发酵液的245株酵母进行初步鏊定。并对其中的120株进行分子鉴定。结果:矛j用WL培养基
可将245株酵母分为6个营养类型.结合酵母茵菌株5.8S—I髑区域的RFLP分析,4个葡萄品种的自然发酵液
中共有5种酵母,分别是葡萄汁有孢汉逊酵母(日彻sen泌pom唧卿m)、酿酒酵母(S口cckromycescere口曲i钟)、粘红酵母(R^Dd咖兀‘k∥比f讥括)、陆生伊萨酵母(,ss眦IIle以记据rrjfcD缸)和假丝酵母属的(轫记池sor6∞口。结论:自
然发酵过程中酵母菌群的比例是不断变化的。“双优”品种的自然发酵液中可能存在性状优良的野生酿酒酵母。
关键词葡萄;酵母;自然发酵;WL培养基;5.8S—rrs区域RFLP分析
文章编号l009-7848(20lO)02—013l埘
葡萄酒的酿造过程是利用酵母菌将葡萄内的大部分糖转化为酒精和CO:,同时生成甘油、高级醇、酯类、醛类等代谢产物,直接影响葡萄酒的色泽、香气及口感。也决定了葡萄酒的质量和风格。葡萄品种和质量一旦确定。要获得能够充分反映葡萄品种特色和优良品质的葡萄酒.所选酵母至关重要,可以说酵母菌是葡萄酒品质的灵魂【Ⅷ。由于长期的自然选择作用.山葡萄酵母已经逐渐适应了当地的气候、土壤和葡萄品种,所以也就形成了适应当地葡萄的菌系13J。
分离自葡萄自然发酵的酵母一直是野生优良葡萄酒酵母的重要来源。自上世纪90年代,国外有许多针对葡萄自然发酵过程中酵母菌群变化的研究。1993年Schntz等【4】研究了“内比奥罗”自然发酵过程中酵母菌种类的变化。Constant一、Torija(q和Beltran【7J指出葡萄自然发酵过程中的酵母菌种类是不断变化的。近年国内的相关研究增多,焦红茹【剐、苏龙【91、刘爱国【彻、王泽举…】和刘树文112J分别研究了不同葡萄自然过程中酵母菌群的变化情况。
我国气候多样化的特点造就了丰富的葡萄酒酵母资源,然而对其的研究还处于起步阶段。
本文通过鉴定分离自葡萄自然发酵过程中的酵母,分析其菌群变化,进而开发适合东北葡萄产区酿酒酵母资源。传统的酵母菌分类主要依据形态学和生理生化特点。由于受环境因素的影响,某些酵母菌属、种在形态学及生理生化特性方面的差异极不显著,采用传统方法对它们进行分类相当困难.而通过分子手段对酵母菌进行鉴定的准确性很高I瑚。本文将葡萄自然发酵各个时期的酵母进行分离,根据其在WL培养基上的菌落颜色及形态进行初步分类,有代表性地选取酵母菌的纯培养.通过5.8析进行分子鉴定。
SrDNA—IT
S区域的RFLP分
1材料和方法
1.1
材料
1.1.1原料4个葡萄品种一双红、双优、黑塞比尔、赤霞珠,采自吉林省松源市。
1.1.2培养基酵母菌菌株的分离采用YEPD培养基,其组成为:酵母浸粉l%,蛋白胨2%,葡萄糖
收稿日期:2009一10一ll
作者简介:程雷,男,1984年出生,硕士通讯作者:王军
2%,琼脂2%。为抑制细菌生长,在培养基中加入
0.1
g,L氯霉素。分离后酵母菌的保存采用YPD培
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养基,其组成是将YEPD培养基中的氯霉素去掉。酵母菌菌株的初步鉴定采用WL培养基.其组成为:酵母浸粉4.09,L,胰蛋白胨5.09,L,葡萄糖
50.0
g,L,磷酸二氢钾0.55∥L,氯化钾0.425以,
氯化钙O.125g,L,硫酸镁0.125∥L,氯化铁O.0025∥L,硫酸锰O.0025∥L,琼脂20.0∥L,溴甲酚绿
22.O
m∥L。1.1.3
主要试剂
引物(IrI’s1/I鸭4),上海生工生
物工程技术服务有限公司合成;Taq酶、dN’rP、肌口
I、觑III、Ⅳi矿I,购自宝生物工程(大连)有限公
司。
1.1.4主要设备与仪器恒温培养箱、恒温水浴锅、一20cC和4℃冰箱、37℃和65℃烘箱、离心机:PCR扩增仪、电泳仪、凝胶成像系统。1.2试验方法
1.2.1单菌落分离将采集的葡萄除梗、破碎,葡萄醪转人预先灭菌的容器.自然发酵。发酵过程用比重计进行监测。分别在发酵的前期、中期、后期取样。梯度稀释后涂平板(YEPD培养基),于28℃培养3d.然后随机选取20个有代表特征的菌落,保存备用f141。
1.2.2酵母菌菌株的初步分类将保存的菌种活化,划线接种于WL营养培养基,置于28℃恒温培养箱中培养5d后观察,照相记录菌落颜色和形态。根据菌落的形态、颜色将所分离的菌株进行初步分类【l习。
1.2.3
酵母菌DNA的提取
采用石英砂破壁法
提取酵母菌DNAIⅧ。根据WL营养培养基初步聚类结果.在每个葡萄品种发酵的前、中、后期各随机挑选10株菌株,接种于YPD斜面上,25℃下培养1—3
d。
1.2.4
酵母菌5.8
S
rDNA—ITS区域的PCR扩增
PCR扩增所用引物为ITSl(57一TCCGTAGGTG—
AACCTGCGG一37)和ITS4(5’一TCCTCCGCTTAT
TGATATGC一37)。PCR反应体系(50斗L):ddH20
34.7¨L。10×PCR
buffbr(TaqbufkrwithKCl)5
斗L,25瑚lmol几MgCl2
3“L,10mmol/LdNTPsl
斗L,10“mol,LITSl
2.5斗L,10¨mol,L
ITS4
2.5
斗L,Taq酶1.5U,酵母菌DNA模板1斗LIm。PCR扩增反应程序:95℃预变性5rnin:95℃变性lIIIin,52℃退火2min,72℃延伸2tllin,35个循环;
最后于72℃延长10min。所得扩增产物用l%琼脂糖凝胶检测,扩增产物大小应在350—900bp之间。
1.2.5
PCR扩增产物的限制性酶切
①酶切反应体系30斗L,其中Buffer2“L,限
制性核酸内切酶(舶吐I、日∞III、日i∥I)10
U,
PCR产物10斗L,ddH20补充体系至30“L。
(参37℃酶切3
h。
(耋)每管加入2肛Lo.1mol/L
EDTA(pH8.o),
混匀。以停止反应,置于冰箱中保存。
④酶切产物用6%聚丙烯酰胺凝胶进行电泳,
控制电压280一300V,功率恒定在35W。当溴酚蓝条带移动到距凝胶前沿约1cm时,停止电泳,银染后扫描。
2结果与分析
2.1
WL培养基分类
WL营养培养基是用来监测饮料发酵过程中
的微生物类群的。Cavazza等研究表明旧,葡萄酒自然发酵过程中出现的大多数典型的酵母菌种均可用WL营养培养基区分(基于菌落颜色及菌落形态)。根据在WL营养培养基上培养5d形成菌落的颜色和形态。将分离到的245株酵母菌共分为6类。分类结果见表l。
2.2
酵母菌5。8SrDNA—lTS区域的PCR扩增
结果
根据WL营养培养基的初步分类,每个葡萄品种按自然发酵前、中、后3个时期,各取酵母菌10株。共120株。使用引物Irllsl和IrI’s4对其
rDNA—ITs区基因进行PCR扩增.部分扩增
结果如图1所示。
如图l所示,酵母菌菌株的PCR扩增结果为5个类型:I类:PCR产物长度500bp,与数据库中假丝酵母一致,菌株编号为3、11、15、18;II类:PCR产物长度450bp,菌株编号为2、4、14;III类:PCR产物长度640bp,与数据库中红酵母一致,菌株编号1;IV类:PCR产物长度880bp,与数据库中酿酒酵母一致,菌株编号为6、7、13、17;V类:PCR产物长度750bp,与数据库中葡萄汁有孢汉逊酵母一致,菌株编号为5、8、9、10、12、16。
5.8S
第lo卷第2期葡萄自然发酵过程中酵母茵的研究
133
IⅡlⅡIVVVI
中央奶油色、边缘淡绿色奶油色红色
奶油色带淡绿色深绿色
中央深绿色、边缘淡绿色
平坦、光滑、不透明
平坦、表面干燥、边缘呈放射状、面粉状
假丝酵母属
未提及
红酵母属酿酒酵母
球形突起、表面光滑、黏稠、黄油状
球形突起、表面光滑、不透明、奶油状
平坦、表面光滑、不透明、黄油状
平坦、光滑、不透明、黄油状
葡萄汁有孢汉逊酵母
未提及
注:MI:100bp
图1
Fig.1
Result
DNA剧der;M2:DL20【)【)Markers。
所选酵母菌株的5.8SrDNA—lTS区基因PCR扩增结果
of山ePCR—amplified
in
5.8SrDNA
region0f8electedye嬲ts
2.35.8S
rDNA—ITS区域PCR扩增产物的段,即430bp和210bp;经饿∥I酶切,有3个片段,即340、225和75bp。IV类:6号、7号、13号和17号菌株的PCR产物经硎谊I酶切,有3个片段,即385、365和120bp;经Ⅳ嬲III酶切,有4个片段,即320、230、180和150bp;经日i矿I酶切,有2个片段,即365bp和155bp。V类:5号、8号、9号、10号、12号和16号菌株PCR产物经H阮I酶切,有3个片段,即320、310和105
RFLP分析
PCR扩增产物用限制性内切酶(硎l口I、如
III、日i矿I)进行酶切分析,部分筛选菌株的酶切结果如图2所示。
如图2所示,经内切酶(^阮口I、Ⅳ凹III、日i矿I)酶切后。18株代表菌株共有5种酶切类型。I类:
3号、11号、15号和18号菌株的PCR产物经舶口
I酶切,有3个片段,即215、100和80bp;经日础III酶切,有2个片段,即300bp和90bp;经历矿I酶切,有3个片段,即270、120和110bp。II类:2号、4号和14号菌株的PCR产物经日舰I酶切,有4个片段,即130、loo、90和45
bp;经融
III酶切,有1个片段,即750bp;经HinfI酶切,有3个片段,即350、200和180bp。RFLP分析结果与这5种酵母菌在数据库中所描述的相关信息一致118l。
结合5.8
S
bp;经如III
rDNA—I髑区基因PCR扩增结果
酶切,有2个片段,即290bp和125bp;经饿矿I酶切,有2个片段,即240bp和105bp。III类:l
及其限制性内切酶(H托I、日钟III、Hi∥I)酶切片
段的RFLP分析。可将18株代表菌株分为5类,详
见表2。
号菌株的PCR产物经舶口I酶切,有3个片段,
即320、240和80
bp;经舭III酶切,有2个片
中国食品学报
2010《苹2期
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第lo卷第2期葡萄自然发酵过程中酵母菌的研究
135
2.4不同葡萄自然发酵过程中酵母菌菌群分析
将分离自不同葡萄自然发酵过程中的245株酵母,按照其5.8
S
RFLP分析结果,分析4个葡萄品种自然发酵过程中5种酵母占酵母总数的比例,结果见图3。
rDNA—ITS区基因PCR的
堡
丑
嚣g辍确舒髓姐
圈34个葡萄品种自然发酵过程中的酵母菌群
Fig.3
Ye础nora
during
spon胁eouBfeⅡ眦n协on
of4
di艉陀nt
grape
V“etie8
由图3可以看出。不同品种葡萄自然发酵过程中。在发酵前期,葡萄汁有孢汉逊酵母均占主导地位。而在“双优”的发酵前期,葡萄汁有孢汉逊酵母占到100%。在自然发酵前期,“双优”中未分离到假丝酵母属的c.sor6∞口,“双红”中虽有假丝酵母属的c.sDr60so。但其所占比例很小;在自然发酵中期,酵母种群的构成变复杂,含有本试验所分离鉴定的5种酵母,其中粘红酵母分离于“双红”的发酵中期,陆生伊萨酵母分离于“双红”、“赤霞珠”和“黑塞比尔”3个品种,同时葡萄汁有孢汉逊酵母所占比例变小,失去主导地位;发酵后期,酿酒酵母成为优势菌群,其它酵母所占比例均减少,
而“双优”的发酵后期酿酒酵母成为单一优势菌群。
3讨论
本试验中共分离到各类酵母245株。其中酿酒酵母116株。为筛选适合东北山葡萄发酵的野生酿酒酵母以及驯化试验提供了基础。
对于酵母菌的鉴定。传统方法是依据形态学、生理学试验和生物生化特征来鉴定和分类。1992年Cavazza等发现.WL营养培养基可以区分葡萄酒自然发酵过程中出现的大多数典型的酵母菌
种。薛军侠等Il研在对“赤霞珠”自然发酵过程中酿
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酒酵母的筛选研究中指出WL营养培养基对酿酒酵母的筛选准确度可达到100%。由于受到环境因素的影响.某些酵母菌属、种在形态学及生理生化特性方面差异极不显著,采用传统方法对其分类十分困难。近十几年来,随着遗传学、免疫学、酶学及分子生物学等学科的发展。人们不断把分子生物技术和计算机技术引入到酵母菌分类中.为其提供新的分类依据。1998年魏艳敏等例通过分析
等㈣指出有孢汉逊酵母、伊萨酵母和假丝酵母在发酵初期占主导地位;而随着发酵的进行逐渐被酿酒酵母所代替。此外,王泽举…】和刘树文【12】都指出自然发酵过程中酒精耐性较高的酿酒酵母逐渐占据优势,并最终完成发酵。本试验中通过分析4个葡萄品种自然发酵过程中酵母菌菌群的变化,揭示发酵初期葡萄汁有孢汉逊酵母为优势菌群,陆生伊萨酵母和假丝酵母属的C5Dr6∞口少量存在.未分离到酿酒酵母。这与原料葡萄上野生酵母群的构成比例有关。据Isak报道,假丝酵母和葡萄汁有孢汉逊酵母在葡萄皮表面所占比例在50%一75%。而在健康、未破损的葡萄表面,酿酒酵母所占的比例很小伫哪。随着发酵的进行,酿酒酵母在菌群中所占比例不断提高,酒精度不断提高,葡萄汁有孢汉逊酵母、陆生伊萨酵母和假丝酵母的生长受到抑制.它们在菌群中所占比例逐渐下降。至自然发酵后期。酿酒酵母在菌群中占有绝对优
同工酶结构的相似性。将果蝇红酵母(月^D幽£Dn比
p以im彻伽)从深红酵母(尺^D如tom缸Ⅲ6m)中单列出来。2000年自逢彦等{2l】等将脉冲电泳核型分析应用于酿酒酵母菌分类。目前,使用较多的酵母菌鉴定方法有REFP、RFLP、RAPD等阎。
通过WL营养培养基的初步鉴定,将分离到的酵母分为6类,与通过5.8SrDNA—I鸭区域PCR扩增产物RFLP分析所分的5类酵母进行对比.证实WL营养培养基对酿酒酵母鉴定的准确度确实可达到100%。但由于菌落颜色的差异,WL营养培养基对葡萄汁有孢汉逊酵母的鉴定存在误差。此外,WL营养培养基对红酵母和假丝酵母不能鉴定到种,对伊萨酵母不能鉴定。实验证明WL营养培养基可以区分大多数葡萄自然发酵过程中出现的酵母。
有关自然发酵过程中酵母菌群的构成。Maro
参
势l嬲l。其中从“双优”自然发酵过程中仅分离到葡
萄汁有孢汉逊酵母和酿酒酵母,到发酵后期酿酒酵母成为唯一优势菌群。推测“双优”的自然发酵液中存在能快速启动发酵且发酵力强的野生酿酒酵母。本实验还表明。同一产区的山葡萄和欧亚种葡萄自然发酵过程中的菌群变化基本一致。
考文
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brotlloftIle
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You’
femlentati蚰.
Keywords
grapeVine;yeast;spont锄eousfe珊entation;Wallerstein【丑bomtory
Nutrient
Ag盯;5.8S-17rsRF王P蚰alysis
葡萄自然发酵过程中酵母菌的研究
作者:作者单位:
程雷, 李梓, 王军, Cheng Lei, Li Zi, Wang Jun
程雷,李梓,Cheng Lei,Li Zi(东北林业大学,林学院,林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室,哈尔滨,150040), 王军,Wang Jun(东北林业大学,林学院,林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室,哈尔滨,150040;中国农业大学,食品科学与营养工程学院,葡萄与葡萄酒研究中心,北京,100083)
中国食品学报
JOURNAL OF CHINESE INSTITUTE OF FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY2010,10(2)2次
刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
参考文献(26条)
1.于清琴;李保国;张颖超 单酵母发酵与多酵母共酵对宝石-卡本内特红葡萄酒品质的影响初报[期刊论文]-中外葡萄与葡萄酒 2009(03)
2.陈兰兰;童军茂;贾明之 优良增香葡萄酒酵母菌的筛选[期刊论文]-中外葡萄与葡萄酒 2008(06)3.李梓;王军 山葡萄酵母菌株的分离及初步鉴定[期刊论文]-食品科技 2008(09)
4.Schütz M;Gafner J Analysis of yeast diversity during spontaneous and induced alcoholicfermentations 2008(06)
5.Constantí M;Poblet M;Arola L Analysis of yeast populations during alcoholic fermentation in anewly established winery[外文期刊] 1997(03)
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11.王泽举;刘延琳;刘爱国 新疆葡萄酒自然发酵过程酵母菌的种类和动态变化[期刊论文]-华中农业大学学报2008(05)
12.刘树文;常亚维;胡廷 不同树龄葡萄自然发酵过程中酵母菌的研究[期刊论文]-西北农林科技大学学报 2008(07)13.毛志群;张伟;马雯 分子生物技术在酵母菌分类中的应用进展[期刊论文]-河北农业大学学报 2002(05)14.Valles BS;Bedri(n)ana RP;Tascón NF Yeast species associated with the spontaneous fermentation ofcider[外文期刊] 2007(01)
15.杨雪峰;苏龙;刘树文 利用WL培养基鉴定葡萄酒中的相关酵母菌[期刊论文]-中外葡萄与葡萄酒 2006(04)16.周小玲;沈微;饶志明 一种快速提取真菌染色体DNA的方法[期刊论文]-微生物学通报 2004(04)
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18.Zarzoso BE;Belloch C;Uruburu F Identification of yeasts by RFLP analysis of the 5.85 rRNA geneand the two ribosomal internal transcribed spacers[外文期刊] 1999(01)
19.薛军侠;徐艳文;杨莹 WL培养基在酿酒酵母筛选中的应用[期刊论文]-中国酿造 2007(09)
20.魏艳敏;周与良 红酵母属同工酶酶谱分析及其分类研究 1998(01)
21.白逢彦;贾建华 脉冲电泳核型分析在酿酒酵母菌分类学研究中的应用[期刊论文]-微生物学报 2000(02)22.Grossmann MK;Pretorisu IS Methods for identification of wine yeast and improvement ofcharacteristics of Saccharomyces cerevisiae 1999(02)
23.Maro ED;Ercolini D;Coppola S Yeast dynamics during spontaneous wine fermentation of theCatalanesca grape[外文期刊] 2007(02)
24.Isak SP Tailoring wine yeast for the new millennium:novel approaches to the ancient art ofwinemaking 2000(08)
25.朱宝镛;戴仁泽;赵光鳌 葡萄酒工业手册 1999
26.刘树文;王玉霞;陶怀泉 SO2和酒精处理对葡萄酒自然发酵酵母菌群的影响[期刊论文]-西北农林科技大学学报2008(05)
本文读者也读过(6条)
1. 刘树文.常亚维.胡廷.焦红茹.刘丽丽 不同树龄葡萄自然发酵过程中酵母菌的研究[期刊论文]-西北农林科技大学学报(自然科学版)2008,36(7)
2. 苏龙.刘树文.何玲.于江深.梁新红.徐艳文.SU Long.LIU Shu-wen.HE Ling.YU Jiang-shen.LIANG Xin-hong.XU Yan-wen 东北山葡萄酒自然发酵酵母菌群的研究[期刊论文]-食品与生物技术学报2007,26(3)
3. 王凤梅.马利兵.刘树文.WANG Feng-Mei.MA Li-Bing.LIU Shu-Wen 内蒙古土默川平原葡萄酒相关酵母多样性研究[期刊论文]-食品与生物技术学报2009,28(3)
4. 陈兰兰.童军茂.贾明之.陈国刚.单春会.Chen Lanlan.Tong Junmao.Jia Mingzhi.Chen Guogang.Shan Chunhui 优良增香葡萄酒酵母菌的筛选[期刊论文]-中外葡萄与葡萄酒2008(6)
5. 卢君 沙城产区龙眼葡萄相关酵母菌生物多样性研究及优良酵母菌种的筛选[学位论文]2010
6. 王泽举.刘延琳.刘爱国.韩娜.WANG Ze-ju.LIU Yan-lin.LIU Ai-guo.HAN Na 新疆葡萄酒自然发酵过程酵母菌的种类和动态变化[期刊论文]-华中农业大学学报2008,27(5)
引证文献(2条)
1.李双石.陈晶瑜.韩北忠 中国本土葡萄酒酵母种群多样性分布的研究进展[期刊论文]-中国酿造 2011(12)2.何晶龙.彭超.王欣.郭德军.王志博 笃斯越桔中酿酒酵母菌的筛选、鉴定及特性研究[期刊论文]-中国食品学报2011(3)
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