ATCC菌种初步分析了 Acetobacter pasteurianus CICIM B7003-02 在醋酸发酵过程中的能量代谢状况, 通过强化细胞能量代谢水平以提升菌株高酸发酵的产酸强度。

【方法】探明 A. pasteurianus CICIM B7003-02 在高酸度醋发酵的不同阶段中三羧酸循环底物含量、乙醇呼吸链酶活及能量代谢酶基因的转录水平等代谢特点, 分析用于醋酸发酵的产能代谢途径及其作用。

【结果】发现 A. pasteurianus CICIM B7003-02 在醋酸发酵初期, 主要通过苹果酸/ 琥珀酸回补偶联有氧呼吸途径产能。进入醋酸快速积累阶段, 乙醇呼吸链为主要供能代谢途径。发酵后期苹果酸/琥珀酸回补途径配合乙醇呼吸链供能。基于上述研究, 采取添加琥珀酸和苹果酸强化细胞产能, 促进高酸度醋发酵强度。

【结论】能量供给影响醋杆菌耐酸能力和醋酸能力。确定乙醇呼吸链为醋酸发酵的主要供能系统。强化细胞产能手段可达到提高醋酸发酵强度的目的。

高酸度食醋是指总酸含量大于 9% (M/V)的发酵醋。当前, 因菌种、技术、设备等方面限制我国大部分仅能总酸含量在 3.5%−6.0% 的发酵醋。与普通醋相比, 高酸度醋具有杀菌力强、保鲜效果好、节约运输费用和降低成本等诸多优点, 市场优势日趋明显。醋酸菌是食醋的主要用菌。大量研究证实醋酸菌把乙醇不*氧化为醋酸是由膜结合乙醇脱氢酶(Adh)、乙醛脱氢酶(Aldh)和泛醌氧化酶共同作用下完成, 乙醇氧化失去的电子在这 3 种酶构成的乙醇呼吸链中传递, zui终与细胞质中的 H+反应生成 H2O。ATCC菌种这种乙醇代谢方式又被称为“乙醇呼吸”。

醋酸菌可能通过这种特殊呼吸方式快速产生能量, 满足发酵过程中的能量需求。食醋发酵中醋酸菌所面临的zui大限制因素是醋酸。高浓度的醋酸很容易通过细胞膜渗透进入细胞质, 对菌体生长及代谢产生不利影响。目前, 醋酸菌耐酸机制还没*探明。已报道研究发现了 Acetobacter 和 Gluconoacetobacter 中的一些耐酸分子机制:

(1) 乙醇氧化相关的机制, 包括膜结合乙醇脱氢酶(Adh)、乙醛脱氢酶(Aldh)机制;

(2) 醋酸同化机制;

(3) 可能将醋酸泵出的 ABC 转运机制;

(4) 通用抗逆机制。当前报道的耐酸机制大多需要消耗 ATP 以实现对醋酸的耐受, 因此快速的能量供应是醋酸菌在高酸发酵环境中进行正常生理代谢的重要保障。液态深层醋酸发酵采用纯种发酵, 周期短, 产酸高, 能力强, 因优势显著而逐渐被国内所采用。

本文以实验室诱变得到的一株产高酸巴氏醋酸杆菌为基础进行液态高酸度醋发酵能量代谢研究。实验首先以 NCBI 数据库中已报道与实验用菌高度同源的 A. pasteurianus IFO 3283-01 (16S rRNA 基因相似度超过 99%)基因为模板, 通过KEGG数据构建巴氏醋酸杆菌主要产能代谢途径模型。然后分析醋酸发酵过程中产能代谢特点寻找发酵中主要的产能途径, 通过强化产能提高醋酸发酵强度和ATCC菌种的耐酸能力。