脯氨酸调控酿酒酵母耐受单宁酸胁迫的分子机制：基于转录组与生理生化整合分析

针对高单宁酸水果酿酒过程中酵母发酵抑制难题，南昌大学研究人员通过外源添加脯氨酸，结合转录组学和生理生化分析，揭示其通过上调糖酵解基因(如ERG1、ECM22)、促进麦角固醇合成等途径，提升S. cerevisiae NCUF309.5生长率30%和乙醇产量27.87%，为高单宁水果酒品质提升提供新策略。

　　

在水果酒酿造领域，高单宁酸含量一直是制约发酵效率和酒品质量的"双刃剑"。单宁酸虽能赋予酒体独特的涩感和色泽稳定性，但其对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的强烈抑制作用却导致发酵停滞、乙醇产量下降等难题。尤其对于柿子(单宁酸含量33.96 mg/g)、香桃木(12 mg/g)等高单宁水果，传统酿酒工艺往往面临酵母活性骤降的困境。既往研究表明，单宁酸会破坏酵母细胞膜完整性，抑制麦角固醇(Ergosterol)合成，并下调乙醇代谢关键基因表达。虽然基因工程和诱变育种能提高酵母耐受性，但存在食品安全争议和遗传不稳定性等问题。因此，寻找安全高效的外源保护剂成为行业迫切需求。

南昌大学食品科学与资源国家重点实验室的研究团队另辟蹊径，聚焦于天然氨基酸——脯氨酸(Proline)的胁迫保护机制。脯氨酸作为已知的渗透保护剂，在细菌和植物中能稳定细胞膜结构、清除活性氧，但其在酵母单宁酸胁迫中的分子机制尚属空白。研究人员选择从特香型白酒大曲中分离的高耐受菌株S. cerevisiae NCUF309.5，通过模拟葡萄酒发酵体系(3 g/L单宁酸)，结合转录组测序和生理生化检测，系统解析了脯氨酸的增效机制。

研究采用三大关键技术：1) 多组学整合分析：通过RNA-seq转录组测序筛选差异表达基因，结合KEGG通路富集定位关键代谢途径；2) 细胞膜完整性评估：采用电导率检测、大分子物质(蛋白质/多糖)泄漏实验及扫描电镜(SEM)观察膜损伤程度；3) 发酵性能监测：通过OD₆₀₀
生长曲线和HPLC乙醇定量分析生理表型。所有实验均设置0-500 mg/L梯度脯氨酸添加组(T3+P0-P5)与空白对照。

Effect of proline on the basic physicochemical property of S. cerevisiae NCUF309.5 under tannic acid stress
实验数据显示，500 mg/L脯氨酸使酵母生物量提升30%，乙醇产量增加27.87%。电导率检测揭示脯氨酸显著降低细胞膜通透性(P < 0.05)，SEM图像显示其有效缓解单宁酸导致的膜皱缩和孔洞形成。

Discussion
转录组分析发现脯氨酸通过三重机制发挥作用：1) 上调糖酵解途径基因，提升ATP生成效率；2) 激活核糖体通路基因，维持蛋白质合成稳态；3) 特异性诱导ERG1(角鲨烯环氧化酶)和ECM22(转录因子)表达，促进麦角固醇合成，该物质对维持膜流动性至关重要。研究还发现脯氨酸无法被酵母作为氮源代谢，其在厌氧发酵中的稳定性使其成为理想的保护剂。

Conclusions
该研究首次阐明脯氨酸通过"能量供应-蛋白稳态-膜结构维护"协同网络增强酵母单宁酸耐受性，为高单宁水果酒酿造提供安全增效方案。相关成果发表于《Food Bioscience》，不仅拓展了脯氨酸的工业应用场景，也为其他食品微生物胁迫研究提供范式参考。