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ATCC菌種初步分析了 Acetobacter pasteurianus CICIM B7003-02 在醋酸發(fā)酵過(guò)程中的能量代謝狀況, 通過(guò)強(qiáng)化細(xì)胞能量代謝水平以提升菌株高酸發(fā)酵的產(chǎn)酸強(qiáng)度。

【方法】探明 A. pasteurianus CICIM B7003-02 在高酸度醋發(fā)酵的不同階段中三羧酸循環(huán)底物含量、乙醇呼吸鏈酶活及能量代謝酶基因的轉(zhuǎn)錄水平等代謝特點(diǎn), 分析用于醋酸發(fā)酵的產(chǎn)能代謝途徑及其作用。

【結(jié)果】發(fā)現(xiàn) A. pasteurianus CICIM B7003-02 在醋酸發(fā)酵初期, 主要通過(guò)蘋(píng)果酸/ 琥珀酸回補(bǔ)偶聯(lián)有氧呼吸途徑產(chǎn)能。進(jìn)入醋酸快速積累階段, 乙醇呼吸鏈為主要供能代謝途徑。發(fā)酵后期蘋(píng)果酸/琥珀酸回補(bǔ)途徑配合乙醇呼吸鏈供能。基于上述研究, 采取添加琥珀酸和蘋(píng)果酸強(qiáng)化細(xì)胞產(chǎn)能, 促進(jìn)高酸度醋發(fā)酵強(qiáng)度。

【結(jié)論】能量供給影響醋桿菌耐酸能力和醋酸能力。確定乙醇呼吸鏈為醋酸發(fā)酵的主要供能系統(tǒng)。強(qiáng)化細(xì)胞產(chǎn)能手段可達(dá)到提高醋酸發(fā)酵強(qiáng)度的目的。

高酸度食醋是指總酸含量大于 9% (M/V)的發(fā)酵醋。當(dāng)前, 因菌種、技術(shù)、設(shè)備等方面限制我國(guó)大部分僅能總酸含量在 3.5%−6.0% 的發(fā)酵醋。與普通醋相比, 高酸度醋具有殺菌力強(qiáng)、保鮮效果好、節(jié)約運(yùn)輸費(fèi)用和降低成本等諸多優(yōu)點(diǎn), 市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)日趨明顯。醋酸菌是食醋的主要用菌。大量研究證實(shí)醋酸菌把乙醇不*氧化為醋酸是由膜結(jié)合乙醇脫氫酶(Adh)、乙醛脫氫酶(Aldh)和泛醌氧化酶共同作用下完成, 乙醇氧化失去的電子在這 3 種酶構(gòu)成的乙醇呼吸鏈中傳遞, zui終與細(xì)胞質(zhì)中的 H+反應(yīng)生成 H2O。ATCC菌種這種乙醇代謝方式又被稱為“乙醇呼吸”。

醋酸菌可能通過(guò)這種特殊呼吸方式快速產(chǎn)生能量, 滿足發(fā)酵過(guò)程中的能量需求。食醋發(fā)酵中醋酸菌所面臨的zui大限制因素是醋酸。高濃度的醋酸很容易通過(guò)細(xì)胞膜滲透進(jìn)入細(xì)胞質(zhì), 對(duì)菌體生長(zhǎng)及代謝產(chǎn)生不利影響。目前, 醋酸菌耐酸機(jī)制還沒(méi)*探明。已報(bào)道研究發(fā)現(xiàn)了 Acetobacter 和 Gluconoacetobacter 中的一些耐酸分子機(jī)制:

(1) 乙醇氧化相關(guān)的機(jī)制, 包括膜結(jié)合乙醇脫氫酶(Adh)、乙醛脫氫酶(Aldh)機(jī)制;

(2) 醋酸同化機(jī)制;

(3) 可能將醋酸泵出的 ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制;

(4) 通用抗逆機(jī)制。當(dāng)前報(bào)道的耐酸機(jī)制大多需要消耗 ATP 以實(shí)現(xiàn)對(duì)醋酸的耐受, 因此快速的能量供應(yīng)是醋酸菌在高酸發(fā)酵環(huán)境中進(jìn)行正常生理代謝的重要保障。液態(tài)深層醋酸發(fā)酵采用純種發(fā)酵, 周期短, 產(chǎn)酸高, 能力強(qiáng), 因優(yōu)勢(shì)顯著而逐漸被國(guó)內(nèi)所采用。

本文以實(shí)驗(yàn)室誘變得到的一株產(chǎn)高酸巴氏醋酸桿菌為基礎(chǔ)進(jìn)行液態(tài)高酸度醋發(fā)酵能量代謝研究。實(shí)驗(yàn)首先以 NCBI 數(shù)據(jù)庫(kù)中已報(bào)道與實(shí)驗(yàn)用菌高度同源的 A. pasteurianus IFO 3283-01 (16S rRNA 基因相似度超過(guò) 99%)基因?yàn)槟０? 通過(guò)KEGG數(shù)據(jù)構(gòu)建巴氏醋酸桿菌主要產(chǎn)能代謝途徑模型。然后分析醋酸發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)能代謝特點(diǎn)尋找發(fā)酵中主要的產(chǎn)能途徑, 通過(guò)強(qiáng)化產(chǎn)能提高醋酸發(fā)酵強(qiáng)度和ATCC菌種的耐酸能力。