利用虫害甜高粱茎秆开发新型发酵饮料：昆虫共生酵母的筛选与应用

为解决甜高粱(Sorghum bicolor)因虫害(Chilo partellus幼虫)导致的经济损失问题，研究人员从虫体及虫道中分离出32株酵母菌，筛选出14株具有发酵葡萄糖、蔗糖和果糖能力的Hanseniaspora与Candida属菌株。这些非酿酒酵母(Non-Saccharomyces)展现出优异的发酵性能、胁迫耐受性及复杂香气生成能力，为开发新型酒精饮料提供了资源，同时为非洲小农户的虫害资源化利用开辟新途径。

　　

在非洲南部，甜高粱(Sorghum bicolor)因其耐旱特性成为小农户的重要经济作物，但其茎秆常遭斑点螟蛾(Chilo partellus)幼虫蛀食，形成褐色虫道，导致25-30%的茎秆因感官劣变被市场拒收，造成严重经济损失。传统化学防治对资源匮乏的农民可行性低，而虫害茎秆的废弃进一步加剧了资源浪费。面对这一困境，博茨瓦纳国际科技大学的研究团队另辟蹊径，从昆虫-微生物共生关系入手，探索将虫害茎秆未受损部分转化为高附加值发酵饮料的可能性。

研究团队从博茨瓦纳Palapye市场的虫害甜高粱茎秆中分离出32株酵母菌，通过厌氧生长实验筛选出14株能发酵葡萄糖的菌株。进一步分析表明，这些菌株属于Hanseniaspora opuntiae、H. guilliermondii和Candida intermedia，能有效利用甜高粱汁中的蔗糖(20.6 g/L)、葡萄糖(14.2 g/L)和果糖(11.6 g/L)。通过碳源发酵实验、发酵能力测定(CO₂积累速率)、胁迫耐受性测试(乙醇、氧化、渗透和温度胁迫)以及挥发性有机物(GC-MS)分析，发现这些非酿酒酵母具有与工业菌株相当的发酵效率，且能产生丰富的酯类、醇类和萜烯类香气物质。

关键实验方法
研究采用幼虫肠道和虫道碎屑为样本，通过抗生素鸡尾酒法分离酵母；通过添加呼吸抑制剂Antimycin A区分呼吸与发酵代谢；利用注射器系统定量CO₂生成速率评估发酵能力；通过GC-MS和HPLC分析挥发性有机物及乙醇产量；采用ITS测序和限制性片段长度多态性分析(RFLP)进行菌种鉴定。

研究结果

1. 昆虫共生酵母的筛选：53%的酵母分离自幼虫肠道，47%来自虫道碎屑，其中Hanseniaspora opuntiae为优势种(10/14)，其次为Candida intermedia(3/14)。
2. 碳源利用特征：所有菌株均能发酵葡萄糖，但仅C. intermedia能高效利用蔗糖，暗示其可能依赖昆虫宿主的糖苷水解酶。
3. 工业潜力评估：菌株S49、S50和S68在甜高粱汁中的乙醇产量达4.2-5.1% (v/v)，接近商业酿酒酵母；H. opuntiae菌株表现出优异的氧化应激耐受性(5 mM H₂O₂)，而C. intermedia对渗透胁迫(1.5 M NaCl)耐受性突出。
4. 香气特征：Hanseniaspora菌株产生大量乙酸乙酯(果香)和芳樟醇(花香)，而Candida菌株生成独特的风味物质如2,3-丁二醇(奶油香)，但伴随较高丁酸(奶酪味)含量，需工艺调控。

结论与意义
该研究首次证实了甜高粱害虫C. partellus可作为功能性酵母的资源库，其共生菌株兼具发酵效率与复杂香气合成能力。通过将30%的废弃茎秆转化为酒精饮料，不仅可减少小农户5-73%的经济损失，还为开发具有地域特色的低酒精度饮料提供了新思路。未来研究可优化菌株组合(如Hanseniaspora与Saccharomyces共发酵)，平衡发酵动力学与风味特征，推动昆虫-微生物互作理论在农业废弃物增值中的应用。论文发表于《BMC Microbiology》，为资源受限地区的可持续农业发展提供了创新范例。