综述：发掘毕赤酵母在咖啡中的潜力——从发酵饮料的知识迁移

《COMPREHENSIVE REVIEWS IN FOOD SCIENCE AND FOOD SAFETY》：Unlock the Potential of Pichia in Coffee: Knowledge Transfer From Fermented Beverages

　　

大量研究聚焦于非酿酒酵母，以探索其超越常规起始发酵剂酿酒酵母的生化潜力与遗传多样性。其中，毕赤酵母属物种已在多种食品发酵体系中展现出作为有前景候选菌株的潜力。尽管毕赤酵母在咖啡发酵中应用的研究仍然有限，但现有证据表明其具有积极效果，包括改善发酵动力学调控和提升咖啡豆品质。本综述批判性地审视了毕赤酵母属物种的出现情况，并综合了对其功能性性状的现有认识，借鉴了源自多种发酵饮料（包括葡萄酒和啤酒）的研究成果。多种先前被归类于毕赤酵母属的酵母物种，包括库德里阿兹威毕赤酵母、克鲁维毕赤酵母、发酵毕赤酵母、异常威克汉姆酵母（原异常毕赤酵母）、季也蒙迈耶氏酵母（原季也蒙毕赤酵母）和汉森德巴利酵母（原汉森毕赤酵母），在包括浸没式系统在内的多种加工条件下表现出稳健的发酵性能。这些酵母有助于微生物生态系统稳定性、底物转化以及发酵产品感官复杂性的增强。在物种水平上，明显的功能特化，如较高的酯类产生量、果胶分解活性和对极端理化胁迫的耐受性，使其能够实现对香气和风味特征的靶向调控。总体而言，本综述提供的证据强调，毕赤酵母属物种是尚未充分开发但有价值的微生物资源，能够改善发酵控制、扩展生化和感官多样性，并提升水洗咖啡加工中的产品质量。

1 引言

咖啡是全球消费最广泛的饮料之一，在国际市场上构成第二大交易商品。采后加工通过去除果实外层将咖啡果转化为生豆。水洗加工中，发酵是果胶质降解的关键步骤，也是决定最终饮品感官品质与经济价值的关键因素（Janne Carvalho Ferreira et al. 2023; Revelo-Romo et al. 2025）。非酿酒酵母持续从咖啡发酵中分离，其中毕赤酵母属物种在不同加工条件下反复检出。该属以对环境胁迫因子的耐受性、代谢多功能性、芳香化合物产生能力、生物防治活性和潜在益生特性为特征。然而，毕赤酵母在咖啡发酵中的功能作用仍未充分探索，酶-代谢物-感官关系大多未经证实，接种策略、共培养设计和菌株水平表征等应用问题仍未解决，阻碍了基于毕赤酵母的起始发酵剂在商业咖啡加工中的理性部署。

2 毕赤酵母在天然咖啡发酵微生物群落中的出现

2.1 传统水洗咖啡发酵

水洗过程中常检出的酵母物种包括发酵毕赤酵母、克鲁维毕赤酵母、季也蒙迈耶氏酵母（原季也蒙毕赤酵母）、库德里阿兹威毕赤酵母和卡氏迈耶氏酵母等，同时也检出乳酸菌（LAB）包括乳杆菌属、乳球菌属和片球菌属。毕赤酵母的分布在不同研究、农场和地理区域间高度可变，表明物种优势并非内在属性，而受氧气可利用性、酸化速率、营养组成和发酵管理实践等环境因素驱动。库德里阿兹威毕赤酵母因对酸、渗透和热胁迫的高耐受性而在发酵后期持续存在，而克鲁维毕赤酵母等严格呼吸型物种因有限的厌氧适应性而较为短暂，表明毕赤酵母物种占据不同的功能生态位。

2.2 现代水洗咖啡发酵方法

现代加工中发展了自诱导厌氧发酵（SIAF）和CO₂饱和、缺氧环境等策略。在浸没式水基发酵中毕赤酵母丰度降低，表明氧限制、粘液接触减少和传质改变显著制约其生态竞争力，与半好氧传统湿法发酵中的较高检出率形成对比。在碳酸浸渍条件下，温度对微生物组成的影响强于发酵时间：毕赤酵母在18°C和28°C下占优势，其中头状毕赤酵母相对丰度超过70%，但在38°C下受抑制；较高的发酵温度促进与感官品质提升直接相关的微生物演替。

3 将毕赤酵母发酵基础知识转化至咖啡

3.1 异常威克汉姆酵母

在葡萄酒中，异常威克汉姆酵母能耐受最高12.5%（v/v）乙醇，产生杀伤毒素抑制竞争酵母。其以反向酯酶反应合成乙酸乙酯为特征的显著酯谱，以及涵盖β-_D-葡萄糖苷酶、α-_L-阿拉伯呋喃糖苷酶和β-_D-木糖苷酶的糖苷酶库，可释放结合态挥发性化合物。在咖啡中，接种该酵母的样品杯测分数达79.7（对照75.6），并产生坚果、花香、焦糖等宜人感官特征；克鲁维毕赤酵母与异常威克汉姆酵母混合接种在25°C发酵10 h获得最高杯测分数82.4。紫外线诱导突变菌株表现出增强的果胶酶活性，杯测分数达82.0。

3.2 库德里阿兹威毕赤酵母

该酵母在酒精发酵中可使苹果酸减少达40%，pH升高约0.3单位，并通过Ehrlich和Harris途径相关基因下调减少异戊醇、异丁醇和苯乙醇等高级醇，同时增强丁酸乙酯、乙酸异戊酯和乙酸苯乙酯等酯类以及己酸、辛酸和壬酸等挥发性脂肪酸的合成。在咖啡湿法发酵中，该酵母不仅存活且主导了微生物群落（Elhalis et al. 2021b）。接种豆表现出显著更高的醇类（乙醇、异戊醇、苯乙醇）和醛类（乙醛、3-甲基丁醛）浓度，与增强的香气复杂性相关；与汉逊氏酵母混合接种获得最高感官评分82.0，呈现泥土、苹果酒和核桃特征。

3.3 克鲁维毕赤酵母

该酵母主要贡献在于香气调节而非完全糖发酵或乙醇产量，能释放硫醇衍生酯如3-硫基己醇乙酸酯（3-SHA），并通过物种特异性酰基转移酶维持稳健的乙酸酯合成，其乙酸异戊酯积累浓度较酿酒酵母高2至3倍。在咖啡中，接种该酵母的样品产生乙酸异戊酯和2-苯乙酸乙酯，赋予明显果香和花香，杯测分数78.6（对照75.6）；接种量在10⁵至10¹⁰ CFU/g范围内呈剂量依赖性增强酯类形成。与酿酒酵母共接种（10:1）使2-苯乙酸乙酯提高4.1倍，表明微生物互补性而非简单种群优势是决定发酵性能和风味复杂性的关键因素。在湿法加工中，单培养接种使pH从约6.5降至4.0–4.5，显著减少肠杆菌和霉菌，杯测分数79.0；与乳酸菌共接种获得更高分数81.75。

3.4 发酵毕赤酵母

该酵母能高效代谢葡萄糖和柠檬酸，在蓝莓汁发酵中柠檬酸、苹果酸和酒石酸分别减少43.35%、35.29%和44.68%，产乙醇约5%–6%（v/v）。在咖啡实验室规模发酵中，接种后48 h生长至7.74 log CFU/mL，产生乙醇、乙酸乙酯、乙酸异戊酯和2,3-丁二酮等挥发性化合物，赋予强烈果香。中试规模验证表明其能主导本土微生物群落，使酵母种群从7.5增至8.8 log CFU/mL，限制细菌增殖（5.68 vs. 6.22 log CFU/mL）并缓和酸化（pH 4.4 vs. 4.0）。与乳酸菌（戊糖片球菌）顺序接种（乳酸菌36 h后接发酵毕赤酵母）产生的挥发性物质含量约为自发发酵的3倍，赋予花香和果香特征。

3.5 季也蒙迈耶氏酵母

该酵母具有强β-葡萄糖苷酶活性，能释放结合态芳香前体如萜烯和C₁₃-降异戊二烯，并具有从头单萜合成能力，产橙花醇约2.74 mg/L。在咖啡湿法发酵中，接种导致pH略低（48 h为4.12）和乳酸唯一检出，酵母种群在最初24 h增加约一个对数周期，产生2-庚酮和2-壬醇等特异性代谢物；烘烤后咖啡中赋予焙烤、坚果、焦糖和辛辣属性，但感官评分变化极小（78.77 vs. 78.73对照），表明其作为香气微调剂而非动力学驱动者。在自诱导厌氧发酵（SIAF）全果体系中作用更强，卡尼福拉咖啡达到精品级别。

3.6 汉森德巴利酵母

在啤酒和葡萄酒中，该酵母能调节香气和口感，通过糖苷酶介导释放萜烯和降异戊二烯，增强品种香气表达。其对渗透、盐和低水活度环境的强耐受性使其能在延长的发酵和干燥阶段持续存在。目前尚无在咖啡中作为起始发酵剂的报道，其在咖啡中的角色完全基于外推推测，可能作为后期发酵或干燥阶段的香气调节辅助菌。

3.7 进一步考虑与发酵剂实施

证据表明毕赤酵母主要作为代谢调节者而非主导发酵者，共接种策略应基于功能互补性而非微生物优势度设计。接种量、时机和微生物比例对代谢结果具有独立和交互影响。实验室与现场性能的差异凸显规模化挑战，例如杯测分数从实验室82.4降至100 kg规模时的77。风险包括异味形成、菌株水平变异和与本土微生物的竞争。监管考虑常被忽视，生物安全评估（包括抗菌药敏试验、毒力因子缺失验证和全基因组筛查）是商业化的先决条件。未来研究应扩展至罗布斯塔和利比里卡咖啡，并阐明起始发酵剂如何调节产地特异性感官特征。

4 结论

毕赤酵母构成功能多样的非酿酒酵母类群，具有代谢多功能性、酶学能力、胁迫耐受性、抗真菌活性和产生香气活性代谢物的能力。物种水平生态位明显分化：异常威克汉姆酵母以酯合成和杀伤毒素生物保护见长；库德里阿兹威毕赤酵母在理化胁迫下通过Ehrlich途径驱动的酯生物合成占优势；克鲁维毕赤酵母在共培养体系中经物种特异性酰基转移酶产生不成比例的乙酸酯输出；发酵毕赤酵母贡献于脱酸和早期香气调节；季也蒙迈耶氏酵母通过糖苷酶和酚类生物转化释放结合态芳香前体；汉森德巴利酵母贡献于阿魏酸生物转化和生物胺降解，其渗透耐受性提示在干燥阶段的独特作用。关键空白仍然存在：咖啡特异性数据有限、缺乏现场规模验证、未在厌氧发酵或碳酸浸渍条件下系统评估。未来研究应超越水洗阿拉比卡加工，拓展至日晒和蜜处理体系，并阐明起始发酵剂如何调节而非覆盖产地与品种特征。