釀酒酵母種質資源的保護現狀及對策

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業中生產微生物的重要組成部分，對酒的產量、品質和特性有決定性的作用，但受到工業化生產選擇的傾向性、生態環境的改變、保護意識缺乏、管理措施不完善等多方面的影響，導致許多具備地區特色的優良菌種瀕臨滅絕的危險，為了保護、培育優質高產、有特殊價值的酵母種質資源和保護菌種生物多樣性的目的[1]。本文提出了擴增菌株種類、完善庫藏菌株信息、加強保藏管理措施、探索新型保藏技術等相應保護措施。

關鍵詞：釀酒酵母;資源保護;現狀分析;保護措施;菌種銀行

釀酒酵母廣泛分布于自然界，是發酵工業上的重要微生物，在酒業釀造技術上、在能源化工上、在生命科學研究上都有很大的作用，其發酵能力的好壞、副產物的多少，直接影響生產產率的高低，間接影響產品的品質。由于我國地區氣候地理條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，產生獨特的釀酒酵母資源，開發價值高[2]。但是隨著現代工業化的發展許多已經選育的酵母種質資源流失速率越來越快，加之工業在利用酵母時，總是按照一定目標，國內許多大型企業在釀酒時使用的釀酒酵母為國外進口，這不僅是對我國資源的浪費，同時也對生物多樣性產生影響，沿著一定方向進行選擇，選擇的時間越長，強度越大，品種的遺傳基礎也越窄，這導致許多的本地已經選育的酵母菌種沒有得到合理的保護和利用而瀕臨消失滅絕的危險[3]。

1釀酒酵母概述

釀酒酵母被廣泛應用于酒類和發酵食品的生產中，已有近萬年的人工培養歷史，也是在遺傳學和基因組學等研究中應用最廣泛的真核模型生物。但是，我們對其在自然環境中和人工培養環境中的遺傳多樣性均缺乏充分的了解。研究數據發現，野生釀酒酵母菌的遺傳多樣性和群體分化程度超乎預想，目前已發現至少8個分化顯著的野生譜系[4]。

在工業化生產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，使用不同酵母進行釀酒會影響酒類產品最后的品質特性。野生酵母在釀酒過程中需要更加精心的監控，發酵過程比較緩慢，且發酵的最終結果難以預測，但是如果在技術上控制得當，采用野生酵母發酵的酒類產品更接近天然的酒品，更加突出本地的風土特征。然而采用人工酵母釀造的葡萄酒味道會很相似，因為酵母是無性繁殖，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品具有很強的穩定性和一致性。

實際上，野生酵母和人工酵母并沒有絕對的優劣之分，無論是野生酵母還是人工酵母，都是生產具有個性的優質酒品必不可少的要素。

2釀酒酵母種質資源及其重要性

釀酒酵母為發酵工業的重要微生物，其細胞生殖方式大多主要為無性芽孢生殖，少有裂殖，能夠充分發酵各種糖類的產能，細胞壁在通常含大量甘露聚糖，多數存在于含糖量高、酸度大的水生環境中。其種類很多，有56個屬、500多種。隨著現代科學技術的不斷進步，人們逐漸發現這種酵母菌本身能夠產生油脂、糖脂、色素以及各種酶。因此，被廣泛地大量推廣應用于食品生物學、食品工業、飼料工業、生物化學制藥業、污水凈化以及生命科學研究上，具有很高的綜合用性和經濟研究價值[5]。

2.1釀酒酵母在釀造技術中的應用

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

2.2釀酒酵母在能源化工中的應用

釀酒酵母在我國能源化工行業中主要用于生產酒精，酒精除了可作為“綠色”燃料外還是許多化工行業中必不可少的基礎化學原料和有機溶劑，另外，酒精還是制造香料、染料、油漆、樹脂等工業生產部門必不可少的有機溶劑，還可作為珠寶、鐘表等的專用洗滌劑。我國農副產品資源豐富，把農副產品廣泛用于工業酒精生產也是促進農產品深度加工和保護環境的一條有效途徑[7]。

2.3釀酒酵母在飼料生產中的應用

釀酒酵母中蛋白質平均含量高達50%以上，一直作為單細胞蛋白的主要來源而被廣泛使用在畜牧業中，單細胞蛋白主要是從富含蛋白的微生物中提取的一種蛋白質，具有有效促進家禽動物的個體生長發育、縮短家禽飼養期、增加家禽肉質含量和蛋含量、改善家禽肉質和提高家禽瘦肉率、增強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量的增加，釀酒酵母會在家畜的腸胃道上大量生長繁殖，可有效改善家畜腸胃的益生菌群代謝結構，增強家畜的機體免疫能力和機體抗病能力[8]。

2.4釀酒酵母在生命科學研究中的應用

釀酒酵母被廣泛作為真核模式生物，通過對釀酒酵母個體基因序列進行連鎖分析、定位克隆和分子測序基因驗證等一系列檢測后就可快速獲得與人類某些疾病相關的詳細基因遺傳序列，使構建精細的基因遺傳圖譜系統成為可能，可空前提高人類基因遺傳性相關疾病的臨床診斷和治療技術水平。釀酒酵母菌株作為真核生物的模式菌株，與現代分子生物學技術緊密結合后可使人類對真核生物的功能基因組信息、生物分子信息學、DNA細胞芯片、蛋白組學、基因敲除等多方面的研究更加深入，同時還有助于菌株的發育改良[7]。

3釀酒酵母種質資源的現狀分析

3.1具有地區特色的酵母菌株隨生態結構的破壞而流失

我國的種質資源非常豐富。近年來，隨工業化、城鎮化進程的加快，生態結構的調整以及氣候環境變化等，野生釀酒酵母資源因其賴以生存繁衍的棲息環境變化而急劇減少，地方品種大量流失，生物多樣性遭到破壞，急需加大對瀕臨滅絕的野生種質資源進行搶救性挖掘，保護人類賴以生存的基因庫，保持生物多樣性[9]。

3.2工業釀酒生產選擇酵母菌株出現傾向性

自2013年以來，由于國內酒行業間激烈的競爭以及國外進口葡萄酒的沖擊，對我國酒行業市場造成了嚴重的影響。進口的葡萄酒品種多樣，口味獨特且風格各異，而我國葡萄酒風味則大同小異，這使得國產葡萄酒在消費者日漸追求高品質的情況下，處于被動局面[10]。究其原因，主要在于工業利用酵母時總是按照一定的目標進行選擇，導致釀酒酵母特性固定化，在原料中提取的風味物質便出現了雷同現象，進而導致我國市面上葡萄酒的風味大同小異。經研究調查發現，目前已經發現的酵母種類超過1500種，已鑒定700多種[11]，但只有一少部分在工業中使用。這一現象指示在我國工業生產上存在大面積生產應用同一酵母品種，進而使得酒的口感風味單一，不被大眾所選擇。

3.3對已有庫藏菌株性狀信息的掌握不夠完善

由于過去菌種資源管理技術不夠成熟，管理工作不夠規范，對庫藏菌種的研究深度和廣度都不夠，缺乏統一的、?較完整的菌株信息記錄和重要性狀的評價，因而庫藏菌種資源的信息并不豐富，不利于菌種資源的進一步開發和利用。

3.4菌種資源未實現共享

早在20世紀40年代，我國相關研究人員開始收集和保藏酵母菌等菌種，進行資源保護，應用于科研與生產。但資源的保護與保藏，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單位甚至專家手中，資源不能得到充分地利用與開發。只有開放共享，才能進一步挖掘釀酒酵母的巨大價值，發揮其更大和更關鍵的作用[12]。

4釀酒酵母種質資源的保護措施

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，不斷擴大菌種保藏管理中心庫存菌種資源的數量，在保證數量的同時，需保證質量第一，數量與質量并重，高質量高效率的保護生物資源。

4.2完善對庫藏菌株的資源評價

加強對酵母菌種的基礎研究和評價工作，完善基本信息，便于科學研究和生產的長期使用，為工業生產提供理論依據。

4.3加強釀酒酵母菌種資源的管理體系，實現資源共享

保藏機構之間有很多種共享合作的方式，除了共享信息與物質資源外，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;利用已經建立的篩選和評價方法，為用戶提供生物活性評估服務;利用保藏技術和設施的優勢，為其他單位提供冷干管的制備、委托保存、開放式存儲等技術服務共享的資源，在保證共享量的同時，須確保質量先行，數量與質量并重，高質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

對于存儲菌種來講，保持菌種的穩定性是保藏工作必須注意的一個重要方面[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境要求上更加苛刻，所以需要不斷研究開發新技術，以保證菌種的安全。

5釀酒酵母菌種資源保護的展望

種質生物資源仍然是生產的重要源頭，種質資源的優劣對產品產量和質量起到決定性的影響，種質生物資源問題的研究特別是種質生物資源有關遺傳多樣性的研究在生產開發中具有重要指導意義，到2020年，我國釀酒酵母新增種質資源約7萬份，保存總量達55萬份，其中國家長期保存50萬份，引進資源比例提高到25%;預計到2030年，會再新增種質資源23萬份，保存總量達78萬份，其中國家長期保存70萬份，引進資源比例提高到30%[9]。野生資源得到有效收集和保護，優異資源得到有效引進，資源保存總量大幅提升。

建立釀酒酵母菌種銀行數據庫，預先將健康的、有活力的酵母菌在超低溫環境下存儲起來，將來用來保健、抗衰以及在工業生產中可以從菌種銀行取出用于生產[14]。存儲過程中的酵母菌也會產生生命價值，就如同存在銀行的錢產生的收益，其利息就是提高質量。這個數據庫里包括不同種類、不同階段的健康菌種的信息。通過分析大數據庫，對這些酵母進行篩選與應用的研究，為工業生產提供理論依據和促進名族工業的發展。

野生酵母資源的開發利用是發酵工業菌種改良的基石，也是基因多樣性的重要來源。在未來的發展過程中，釀酒酵母菌種銀行將趨于標準化、智能化和產業化發展：

（1）標準化就是將菌種銀行的存儲操作程序進行優化，將優化的程序作為標準。酵母菌樣本從采集、分離、鑒定、評價、優良菌種選育、制備到存儲，以及未來復蘇、制備、生產運用等諸多環節[15]，都需要遵循相應的規范進行標準化操作。標準化的目的在于讓存儲的酵母菌種更加安全，活性得到保障。同時，自動化的機械操作可以讓流程標準化，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，保障了菌種樣本的質量與安全，提高了存儲的效率和精確性。

（3）產業化，按照產業的要求，打造全自動化生物樣本庫系統，為作業流程標準化的建立，同時也解放相關專業技術人員原本繁瑣的工作量，進一步為菌種銀行實現規模化儲存夯實基礎。

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基金項目：1.重慶第二師范學院“啟智”眾創空間大學生創新創業孵化項目，編號：ZC202016;2.重慶第二師范學院大學生科研項目，編號：KY20200143

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