清酒酵母K701在发酵条件下的代谢组学比较分析揭示其高效发酵的代谢基础

本研究针对清酒酵母在发酵过程中难以收集细胞进行代谢分析的难题，通过开发模拟清酒发酵的伪清酒培养基（pseudo-sake medium），比较了清酒酵母K701与实验室菌株X2180的代谢差异。研究发现K701中糖酵解代谢物（如G6P、F6P、FBP）水平显著升高，ATP再生速率更快，且葡萄糖激酶反应上调。该成果首次揭示了K701在清酒发酵条件下的关键代谢特征，为工业酵母改良提供了理论依据。

　　

清酒作为日本传统发酵饮品，其独特风味和高酒精度（超过20%）离不开专用清酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的贡献。然而，这些酵母在米曲发酵环境中的代谢机制长期未被阐明，主要障碍在于发酵醪液中酵母细胞难以分离纯化用于代谢分析。Kiku-Masamune清酒酿造公司与合作机构的研究人员通过创新性地开发伪清酒培养基，首次揭示了清酒酵母K701相比实验室菌株X2180的高效发酵代谢特征，相关成果发表于《Journal of Bioscience and Bioengineering》。

研究采用三种培养基（含2%葡萄糖的SD2、含20%葡萄糖和1.8%乳酸的SD20、模拟清酒的伪清酒培养基）进行培养比较，通过靶向代谢组学技术测定细胞内代谢物浓度，结合吉布斯自由能变化计算分析代谢通量。样本来源于商业清酒酿造原料（α-米AA-70）和干燥米曲。

Preparation of pseudo-sake medium
研究人员将精米度70%的α-米与米曲混合，添加糖化酶Gluc 100G水解后获得伪清酒培养基上清液。该培养基成功复现了K701在真实清酒醪液中的代谢特征。

Characterization of metabolic signatures of K701 in sake mash
小规模发酵实验显示，K701在乙醇产量（首日达0.43±0.01 M）、葡萄糖消耗速率和细胞数量上均显著优于X2180。伪清酒培养基中，K701的糖酵解中间体葡萄糖-6-磷酸(G6P)、果糖-6-磷酸(F6P)和果糖-1,6-二磷酸(FBP)水平显著升高，提示其糖酵解通量增强。

Discussion
代谢数据分析表明K701具有更高的ATP再生效率，其葡萄糖激酶反应吉布斯自由能变化更负（-14.2 kJ/mol vs X2180的-12.1 kJ/mol），证实该步骤代谢通量上调。这些发现首次从代谢角度阐释了K701在高压环境（高糖、高酸、高乙醇）中维持高效发酵的分子机制。

该研究不仅建立了适用于清酒酵母代谢研究的伪清酒培养体系，更通过代谢组学与热力学分析的创新结合，揭示了工业酵母菌株的能量代谢优化策略。研究成果为发酵工业中酵母性能改良提供了新的代谢工程靶点，对传统酿造工艺的现代化改造具有重要指导价值。