ATCC菌種初步分析了 Acetobacter pasteurianus CICIM B7003-02 在醋酸發酵過程中的能量代謝狀況, 通過強化細胞能量代謝水平以提升菌株高酸發酵的產酸強度。

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

【結果】發現 A. pasteurianus CICIM B7003-02 在醋酸發酵初期, 主要通過蘋果酸/ 琥珀酸回補偶聯有氧呼吸途徑產能。進入醋酸快速積累階段, 乙醇呼吸鏈為主要供能代謝途徑。發酵后期蘋果酸/琥珀酸回補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果酸強化細胞產能, 促進高酸度醋發酵強度。

【結論】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酵的主要供能系統。強化細胞產能手段可達到提高醋酸發酵強度的目的。

高酸度食醋是指總酸含量大于 9% (M/V)的發酵醋。當前, 因菌種、技術、設備等方面限制我國大部分僅能總酸含量在 3.5%−6.0% 的發酵醋。與普通醋相比, 高酸度醋具有殺菌力強、保鮮效果好、節約運輸費用和降低成本等諸多優點, 市場優勢日趨明顯。醋酸菌是食醋的主要用菌。大量研究證實醋酸菌把乙醇不*氧化為醋酸是由膜結合乙醇脫氫酶(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 種酶構成的乙醇呼吸鏈中傳遞, zui終與細胞質中的 H+反應生成 H2O。ATCC菌種這種乙醇代謝方式又被稱為“乙醇呼吸”。

醋酸菌可能通過這種特殊呼吸方式快速產生能量, 滿足發酵過程中的能量需求。食醋發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細胞膜滲透進入細胞質, 對菌體生長及代謝產生不利影響。目前, 醋酸菌耐酸機制還沒*探明。已報道研究發現了 Acetobacter 和 Gluconoacetobacter 中的一些耐酸分子機制:

(1) 乙醇氧化相關的機制, 包括膜結合乙醇脫氫酶(Adh)、乙醛脫氫酶(Aldh)機制;

(2) 醋酸同化機制;

(3) 可能將醋酸泵出的 ABC 轉運機制;

(4) 通用抗逆機制。當前報道的耐酸機制大多需要消耗 ATP 以實現對醋酸的耐受, 因此快速的能量供應是醋酸菌在高酸發酵環境中進行正常生理代謝的重要保障。液態深層醋酸發酵采用純種發酵, 周期短, 產酸高, 能力強, 因優勢顯著而逐漸被國內所采用。

本文以實驗室誘變得到的一株產高酸巴氏醋酸桿菌為基礎進行液態高酸度醋發酵能量代謝研究。實驗首先以 NCBI 數據庫中已報道與實驗用菌高度同源的 A. pasteurianus IFO 3283-01 (16S rRNA 基因相似度超過 99%)基因為模板, 通過KEGG數據構建巴氏醋酸桿菌主要產能代謝途徑模型。然后分析醋酸發酵過程中產能代謝特點尋找發酵中主要的產能途徑, 通過強化產能提高醋酸發酵強度和ATCC菌種的耐酸能力。