本土酿酒酵母菌株筛选及其生物质与碱不溶性细胞壁多糖积累的性能优化与工艺评估

《Scientific Reports》：Culture conditions influence biomass and alkali-insoluble cell-wall polysaccharide production in indigenous Saccharomyces cerevisiae strains

　　

摘要

酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）是酵母生物质和碱不溶性细胞壁多糖分数（AICWP）的重要来源，其中可能含有大量的β-葡聚糖。在本研究中，筛选了来自不同自然来源的本土酵母菌株，评估其生物质形成和AICWP积累能力。从先前分离的54株酵母中筛选出4株酿酒酵母，评估了其在所研究培养条件下的生长表现。通过选择性培养获得酵母菌株，并从形态学和组织学方面进行表征。通过基于生长的筛选鉴定了高产生物质的菌株，并使用Plackett-Burman（PB）设计评估了葡萄糖、硫酸铵和接种量对生物质积累的影响，并进一步通过响应面法（RSM）进行考察。在一组选定的培养条件下，生物质浓度达到250.01 g/L湿重（100.04 g/L干重），碱不溶性细胞壁分数含有7.01 g/L以葡萄糖当量表示的总碳水化合物。由于苯酚-硫酸法是一种非特异性检测方法，该值仅代表提取的碱不溶性分数中的总碳水化合物当量，并不能构成对纯化β-葡聚糖的直接测量。扫描电镜（SEM）显示酵母细胞密集聚集，主要呈椭圆形至圆形，表面基本完整，与酿酒酵母的典型形态一致。在5%山梨醇条件下，生物质浓度下降约18%；在0.005% SDS条件下，下降36%；存活菌落计数分别为8.83和8.20 Log CFU/mL，而对照组为9.07 Log CFU/mL。在3 L搅拌罐生物反应器（工作体积1 L）中的评估显示，喷雾干燥获得的回收干粉浓度（144.75 ± 2.90 g/L）高于冷冻干燥（125.12 ± 2.50 g/L），而冷冻干燥在复水和24 h孵育后的活细胞回收率更高（0.2 × 10⁹ CFU/mL vs. 0.9 × 10⁸ CFU/mL）。这些发现为测试的生物反应器条件下的初步可行性提供了证据；需要进一步研究评估氧气传递、流体力学、可重复性和可扩展性。