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西北农林科技大学房玉林教授团队在JPI发表“外源褪黑素缓解铜胁迫下酿酒酵母发酵性能机制解析”的研究性文章
发布时间：
2025-11-22
来源：
食品加 智食科技
西北农林科技大学房玉林教授团队在JPI发表“外源褪黑素缓解铜胁迫下酿酒酵母发酵性能机制解析”的研究性文章
《Journal of Pineal Research》（中科院1区，IF5Y=8.5）
●西北农林科技大学葡萄酒学院房玉林教授团队系统研究了外源褪黑素在铜胁迫下对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae EC1118）发酵性能、细胞形态、挥发性化合物及代谢组的调控机制。研究揭示了褪黑素通过调控含硫氨基酸代谢、上调AFMK以增强铜抗性及保护细胞结构，有效缓解铜胁迫对酵母的抑制作用，为葡萄酒酿造中铜污染防控提供了新思路。相关研究成果发表于国际期刊《Journal of Pineal Research》（中科院1区，IF5Y=8.5）。房玉林教授团队2022级博士研究生魏梦媛与2025级博士研究生赵子贤为共同第一作者，房玉林教授与孙翔宇教授为共同通讯作者。研究得到陕西省重点研发计划（2024NC-BSLD-01；2024NC-ZDCYL-04-22；2024NC-LSTD-001；2024QCY-KXJ-083）、兵团科技计划项目（2024AB042）、宁夏回族自治区重点研发计划（2024BBF02003）项目资助。
成果介绍
铜胁迫是葡萄酒酿造中常见的环境污染问题，严重影响酵母发酵活性与葡萄酒品质。褪黑素作为一种广泛存在于植物中的吲哚胺类物质，已被证明在多种逆境胁迫中发挥保护作用，但其在酵母铜胁迫缓解中的机制尚不明确。
本研究试验采用MSM培养基体系，通过添加不同浓度的外源褪黑素来研究铜胁迫条件下Saccharomyces cerevisiae EC1118的生长活性、发酵性能、挥发性香气以及代谢组学，探索褪黑素对酿酒酵母发酵过程中铜胁迫的缓解机制。结果表明过量的外源褪黑素(100mg/L)导致酵母细胞中麦芽糖与海藻糖的积累，影响葡萄糖代谢，因此造成酒精发酵进程减缓。外源添加1 μg/mL 褪黑素时，铜胁迫下酿酒酵母EC1118的细胞形态、细胞壁结构与细胞器形态均有改善。气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析结果表明褪黑素的添加赋予发酵液更多奶油和蜡香，过量的褪黑素则会带来不好的脂肪与不愉快的椰肉油气味。代谢组学结果表明褪黑素通过上调含硫氨基酸蛋氨酸和半胱氨酸而促进Cup1p合成，以增加铜抗性；另外可通过AFMK上调减少脂质过氧化和DNA损伤保护细胞膜完整，进而实现缓解铜胁迫这一生理机制。
该研究不仅表明适量的褪黑素在细胞形态以及味物质的产生上有积极作用，同时为铜胁迫下的葡萄酒酿造以及工业葡萄酒生产具有重要的理论和实践意义。
研究亮点
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首次系统揭示褪黑素在铜胁迫下对酿酒酵母发酵性能的多层次影响机制。 -
结合形态学（SEM/TEM）、代谢组学和风味组学，全面解析褪黑素的保护作用。 -
发现褪黑素通过调控含硫氨基酸代谢增强Cup1p合成，提升铜耐受性。 -
明确AFMK作为关键代谢物，在缓解氧化损伤和铜离子毒性中起核心作用。 -
提出适量褪黑素可改善葡萄酒风味品质，为铜污染风险下的酿酒工业提供新策略。
图文摘要
图文赏析
图1 (A)铜离子对酿酒酵母EC1118内源褪黑素合成的影响；(B)发酵过程中褪黑素含量的变化
图2 不同褪黑激素处理下酿酒酵母EC1118的生长及相关化合物的变化。(A)酿酒酵母EC1118的OD600；(B)发酵过程中葡萄糖含量的变化；(C)发酵过程中果糖含量的变化；(D)残糖含量和利用；(E)发酵过程中的酒精含量；(F)发酵过程中的甘油含量；(G)甘油和乙醇的生产。不同的字母表示处理组之间的显著差异(p＜0.05)。
图3不同的褪黑素处理的酿酒酵母EC1118在含有12.8 mg/L铜离子的MSM（微型培养基）中培养24和48小时。(A)细胞表面图像(×10000)；(B)细胞内图像(×30000)。
图4 铜胁迫下酿酒酵母EC1118挥发物的褪黑素分析。(A)主成分分析(PCA)；(B)不同类型挥发性物质的百分比；(C)不同类型挥发性物质的含量；(D)聚类热图。不同的字母表示治疗组之间的显著差异(p＜0.05)。
图5酿酒酵母EC1118在铜胁迫下褪黑激素的代谢分析。(A)相关热图；(B)偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)计分图；(C)确定上调和下调的差异表达代谢物(DEM)；(D)识别的上调和下调的DEM的一级分类；(E)DEM Venn图；(F)整个发酵期共有的DEM；(G)DEM的KEGG途径浓缩分析。在图(A)和图(B)中，2d、6d和12d表示酒精发酵的天数，而在其他图中，Cu2d、6d和12d分别被简略地标记为2d、6d和12d。
参考文献
https://doi.org/10.1111/jpi.70032
专家/团队介绍
房玉林，男，河南兰考人，博士，西北农林科技大学校党委常委、副校长、教授、博导，入选国家级领军人才、陕西省特支计划人才，2022年兼任陕西省科协副主席。先后担任国家葡萄产业体系岗位科学家，中国葡萄酒技术委员会副主任，中国园艺学会葡萄与葡萄酒分会主任委员，中国食品科学技术学会葡萄酒分会副主任委员、葡萄酒产业国家创新联盟理事长、中国农学会葡萄分会常务理事、中国葡萄酒高等教育联盟秘书长、国家林草局葡萄与葡萄酒工程技术研究中心副主任。
陕西省葡萄与葡萄酒重点实验室主任、陕西省葡萄产业体系首席科学家、陕西省葡萄创新团队负责人、陕西省工程中心主任、商业联合会重点实验室主任等职务。主持国家重点研发计划项目1项、国家自然科学基金区域联合重点基金项目1项，国家自然科学基金、省部级项目等重点科技项目30余项。
发表科研论文350余篇，其中SCI/EI收录100余篇，封面论文8篇。主持、参与制定地方标准18项。获国家科技进步二等奖1项，省科技一等奖1项，省推广一等奖1项，大北农科学技术二等奖1项。获省级教学成果特等奖1项、一等奖2项、二等奖1项，国家一流葡萄酒专业建设项目等。参与培育酿酒葡萄新品种“媚丽”；主编、参编出版著作译著7部，副主编出版国际葡萄酒会议论文集5部，被ISTP收录3部。获批国家发明专利24项，国际专利6项，实用新型专利52项，外观专利8项，已转化专利12项。
孙翔宇，食品科学博士、园艺学博士后，教授/博导，现任西北农林科技大学葡萄酒学院副院长、农业农村部酿酒葡萄加工重点实验室副主任、陕西省特色果品定向设计加工工程技术研究中心副主任。先后承担/入选陕西省杰出青年科学基金项目、陕西省三秦英才特殊支持计划青年拔尖人才、陕西省创新人才攀登工程“中青年科技创新领军人才”、陕西省创新人才攀登工程“青年科技新星”、陕西省秦创原“科学家+工程师”队伍首席科学家、陕西省三区人才等。
荣获陕西省高等教育教学成果特等奖（排名2）、陕西省科学技术进步奖一等奖（排名2）、陕西省农业技术推广成果一等奖（排名3）、陕西省学位与研究生教育学会研究生教育成果奖（特等奖）（排名3）、中国轻工业联合会科学技术二等奖（排名5）、大北农科技二等奖（排名2）、宁夏回族自治区科学技术进步三等奖（排名4）各1项。研究方向：葡萄绿色生产、果品定向设计加工。
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