裂殖酵母SP2菌株的亚硫酸盐耐受性表征及其在过硫处理葡萄汁中作为腐败菌与葡萄酒发酵剂的双重潜力研究

《Food Bioscience》：Characterisation of a sulphite-tolerant Schizosaccharomyces pombe strain: potential as spoilage in oversulphited must and as starter cultures in wine

本研究针对高浓度SO2防腐葡萄汁中仍发生苹果酸-酒精发酵的异常现象，分离鉴定了一株具有极强亚硫酸盐耐受性的裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe SP2。研究通过模拟工业条件系统评估了其作为腐败微生物的潜在风险，并探究了其与酿酒酵母S. cerevisiae在不同接种策略下对红/白葡萄酒挥发性成分的调控作用。结果表明该菌株在pH 3.2-3.8条件下可耐受高达2200 mg/L总SO2，且顺序接种方式能有效降解苹果酸的同时优化酯类/高级醇组成。该研究为食品微生物适应性进化提供了典型案例，并为精准调控葡萄酒发酵工艺提供了新思路。

　　

在葡萄酒酿造的世界里，微生物扮演着双重角色——它们既是将葡萄汁转化为美酒的魔术师，也可能成为导致酒质变坏的破坏者。其中，裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe（Sc. pombe）就是一个典型的矛盾体。这种酵母长期以来被贴上了"腐败微生物"的标签，因为它会产生过量的乙酸、乙醛等不良风味物质。然而近年来，科学家们发现了它独特的技术价值：能够通过"苹果酸-酒精发酵"过程，有效降低葡萄酒的酸度，这为改善某些高酸度葡萄酒的品质提供了生物技术解决方案。

但故事在这里出现了有趣的转折。在意大利普利亚大区的一家酒庄里，酿酒师们遇到了一个令人困惑的现象：他们用来保存葡萄汁的高浓度亚硫酸盐（SO₂，约3 g/L）原本是为了彻底抑制酒精发酵，然而这些经过强化的葡萄汁中却意外地发生了苹果酸-酒精发酵。这一反常现象引起了研究人员的浓厚兴趣，因为能够在如此恶劣环境中存活的微生物，必然具有非凡的生物学特性。

于是，一项针对这个"超级幸存者"的系统研究就此展开。研究人员从发生异常发酵的防腐葡萄汁中成功分离出一株Sc. pombe SP2菌株，并对其进行了全面的特性分析。这项发表在《Food Bioscience》上的研究不仅揭示了微生物适应性的惊人潜力，更为我们理解酵母在食品工业中的双重角色提供了新的视角。

为了全面评估这株特殊酵母的特性，研究团队采用了多层次的实验方法。首先通过分子生物学技术对分离菌株进行准确鉴定，接着在合成葡萄汁模型中系统测试其对不同pH值（3.0-3.8）和SO₂浓度（400-2200 mg/L）的耐受性。研究人员还设计了红、白葡萄酒的实际发酵试验，比较了Sc. pombe SP2单独接种、与酿酒酵母S. cerevisiae共接种以及顺序接种等不同策略的效果。通过气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME-GC-MS）对挥发性有机化合物进行精细分析，并结合主成分分析等统计方法解析复杂数据。傅里叶变换红外光谱（FTIR）则用于监测发酵过程中的关键化学参数变化。

3.1. 在合成和红葡萄酒葡萄汁中对pH和SO₂耐受性的评估

研究人员首先在实验室条件下模拟了工业环境，系统测试了SP2菌株对亚硫酸盐的耐受极限。结果令人惊讶：在pH 3.8和3.6的条件下，该菌株能够在高达2200 mg/L的总SO₂浓度下正常生长。即使在更苛刻的pH 3.2环境中，仅在最髙SO₂浓度下出现6天的延滞期。只有在极端条件（pH 3.0且2200 mg/L SO₂）下，菌株才完全无法生长。这些数据完美解释了为什么在酒庄的高硫防腐葡萄汁中会出现发酵现象——SP2菌株确实具备了在常规微生物无法生存的环境中繁殖的能力。

更值得关注的是，该菌株在耐受SO₂的同时，仍能有效进行苹果酸降解。在大多数测试条件下，3天后苹果酸含量已显著降低，10天后几乎完全消耗。乙酸产量始终控制在1 g/L以下，避免了其对葡萄酒风味的负面影响。与商业酿酒酵母S. cerevisiae DV10的对比实验进一步凸显了SP2菌株的独特优势：在SO₂浓度超过400 mg/L时，S. cerevisiae完全无法生长，而SP2菌株在所有测试浓度下均能达到10⁸ CFU/mL的菌群密度。

3.2. 在红、白和合成葡萄汁中的酒精发酵和苹果酸-酒精发酵

当将研究视角转向实际应用场景时，研究人员发现了更有趣的现象。在不同基质（红葡萄汁、白葡萄汁和合成葡萄汁）中，SP2菌株表现出差异化的发酵特性。在红葡萄汁中，Sc. pombe单菌发酵显示出较长的延滞期，且最终发酵程度不如S. cerevisiae。而在白葡萄汁和合成培养基中，这种差异明显缩小。

苹果酸降解能力是评估Sc. pombe技术价值的关键指标。实验结果显示，在所有含有SP2菌株的发酵试验中（无论是单菌还是混合发酵），苹果酸均被有效降解。特别是在顺序接种策略下（先接种Sc. pombe，48小时后接种S. cerevisiae），不仅实现了高效的苹果酸降解，还保持了较低的乙酸产量。挥发性成分分析揭示了更深入的规律：混合发酵策略，特别是顺序接种，显著提升了酯类和高级醇的产量，这些化合物正是构成葡萄酒复杂香气的重要成分。

通过主成分分析（PCA）对挥发性化合物数据的深度挖掘显示，接种策略和基质类型共同决定了最终的香气特征。顺序接种策略在红、白葡萄酒中均能促进关键酯类（如己酸乙酯、辛酸乙酯）和高级醇（如苯乙醇）的形成，而这些化合物与葡萄酒的果香、花香特征密切相关。统计分析进一步证实，基质类型与接种策略之间存在显著的交互作用，说明在实际应用中需要根据葡萄汁特性定制发酵方案。

这项研究通过对一株特殊环境适应性酵母的系统分析，向我们展示了微生物世界的复杂性和实用性。Sc. pombe SP2菌株的鉴定不仅解释了防腐葡萄汁中异常发酵的机理，更重要的是为葡萄酒酿造提供了新的微生物资源。其在极端SO₂环境下的生存能力提示我们，微生物的适应性进化可能远超我们目前的认知。

从应用角度看，顺序接种策略的成功验证为葡萄酒生产提供了新的技术路径。特别是在需要生物降酸又担心香气损失的场合，Sc. pombe与S. cerevisiae的协同作用展现出独特优势。此外，该菌株对高硫环境的适应性也提示了其在特殊酿酒条件下的潜在价值，例如在需要强化硫处理的酿造场景中。

这项研究的更深层意义在于，它打破了我们对微生物"好"与"坏"的简单二元划分。同一个菌株，在不同的生产环节和工艺条件下，可能扮演完全不同的角色。这种辩证视角对于未来食品微生物资源的开发和应用具有重要启示。正如研究人员指出的，对食品生态位中微生物多样性的深入研究，不仅能改善我们对进化现象的理解，还能为可持续食品系统的发展提供科学基础。

随着对非酿酒酵母研究的深入，我们有理由相信，未来会出现更多像Sc. pombe SP2这样具有特色功能的微生物资源，它们将在提升食品品质、优化生产工艺方面发挥越来越重要的作用。而这项研究，正是这一探索道路上的重要里程碑。