《食品科学》：江苏科技大学余永建研究员：朗姆酒发酵中酵母相互作用及其对风味品质影响的研究进展

“世界六大蒸馏酒”之一的朗姆酒，是以甘蔗汁或甘蔗糖蜜为原料，添加酵母后经发酵、蒸馏及陈酿等过程酿造而成，近年来在我国进口酒精饮料中持续占据领先地位。朗姆酒的酿造主要依赖于酵母菌的发酵作用，酿酒酵母负责将甘蔗汁或甘蔗糖蜜中的糖转化为乙醇和其他化合物，与非酿酒酵母产生的次级代谢产物共同造就了朗姆酒独特的口感和风味。

江苏科技大学粮食学院的窦帅伟、程思远、余永建*等综述酵母在发酵过程中的相互作用以及对朗姆酒风味品质的影响（图1），为优化朗姆酒发酵过程、提高风味品质提供理论依据。

 

1 朗姆酒发酵过程中微生物群落的多样性

微生物在朗姆酒发酵过程中起着至关重要的作用，对朗姆酒微生物群落结构的研究有助于了解发酵过程中的优势微生物，以及它们在发酵过程中所发挥的作用，对于改进生产工艺、提高生产效率以及新技术的研发和应用具有重要意义。近年来，学者们对发酵过程中微生物群落的多样性进行了研究，为更好地了解朗姆酒中主要风味化合物的形成奠定了良好的微生物基础。

1.1 朗姆酒中微生物多样性及演替规律

朗姆酒的生产依赖于复杂的微生物相互作用，这些相互作用不仅影响发酵效率，还在一定程度上塑造了其独特的感官品质。在不添加特定酵母菌株发酵的情况下，发酵过程中微生物群落由甘蔗、丹多液（Dunder）、酿造用水及设备等多种来源中的微生物共同组成。发酵过程因受到环境、微生物种群动态及生长代谢等多种因素的共同作用，导致发酵微生物群落复杂多样且难以控制。因此，在朗姆酒发酵过程中，需要控制各种微生物的生长，以确保酵母菌在发酵过程中的主导地位，并减少有害微生物对发酵过程与风味品质的影响。随着高通量测序技术的出现，朗姆酒发酵过程中微生物群落结构愈发清晰。从甘蔗汁或甘蔗糖蜜到最终酒液的整个生产过程中，微生物的演替受到生产环境和生产工艺等的共同影响。一般清淡型朗姆酒的发酵过程可分为3 个阶段（早期：0～2 d；中期：3～5 d；后期：6～7 d）。在蔗汁发酵的不同阶段收集发酵醪液，通过基于焦磷酸测序的细菌16S rRNA基因以及真菌内转录间隔区（ITS）测序，识别出真菌在属水平上共有203 个类群，包括59 个未分类类群和144 个已知属，其中以季也蒙毕赤酵母属（Meyerozyma）和假丝酵母属（Candida）为主。在整个发酵过程中，酵母菌为主导微生物，发酵结束后，酒液中的微生物群落结构相对稳定，主要由酵母菌和少量乳酸菌组成。研究还发现在发酵前处理阶段，甘蔗汁具有很高的细菌多样性，随着发酵的进行，细菌多样性随着温度的升高开始降低，以乳酸菌属（Lactobacillus）和未分类的乳杆菌科（unclassified Lactobacillaceae）为主，尽管这些细菌从开始就存在，但由于它们可能比其他细菌更具有选择性优势及对乙醇更高的耐受性，还产生可以杀死其他细菌和酵母的酸，在发酵结束阶段仍然存在，但其数量可能因受到酵母菌的竞争和发酵环境的影响而有所减少。总体而言，整个发酵过程中微生物的演替呈现出复杂而有序的规律，为后续研究奠定了一定基础。曾有研究人员采用高通量测序技术，对我国广西地区朗姆酒发酵过程中微生物群落动态变化（图2）进行了初步探究。发酵第1天，细菌相对丰度最小，细菌物种的种类最少；发酵第3天，细菌种类最多，且各物种所占比例相似，群落多样性最大，发酵液中的物种丰富度和均匀度均达到最大值。Lactobacillus、酵单胞菌属（Zymomonas）以及泛菌属（Pantoea）等是发酵过程中的主要细菌属，其中Lactobacillus在发酵过程中丰度逐渐上升，且在发酵后期丰度最大。同时，对真菌群落的监测揭示了一个明确的演替趋势。发酵起始阶段，尽管可以观察到最多的真菌种类，但此时的群落多样性并未达到最大值。这一现象的潜在原因可以归结为各真菌物种在群落中所占比例的不均衡性较大，尽管种类丰富，但由于数量分布的不均匀，整体群落多样性并未充分展现。酵母属（Saccharomyces）占据主导地位，其次是枝氯霉属（Ramichloridium）、隐球菌属（Cryptococcus）、镰刀霉属（Fusarium）等。随着发酵进程的推进，Saccharomyces的比例持续增加，发酵第5天达到峰值。与此同时，其他真菌属则逐渐减少。发酵3 d后，真菌物种丰富度和均匀度大幅降低，发酵液中仅存少量的Fusarium和Cryptococcus，而Saccharomyces仍占多数，这显示出其在发酵过程中的强大适应性和竞争力。测序技术的发展使得朗姆酒中微生物群落显示出了比以往更丰富的多样性和更高的物种丰度，证实了朗姆酒发酵过程是一个由多种微生物共同参与的复杂进程。以上研究均表现出酵母菌在发酵过程中始终占有绝对优势，且对朗姆酒整个发酵过程尤为重要。全面了解朗姆酒的本地微生物群对于推进过程控制至关重要，选择性培养某些本土非酿酒酵母为酿造出具有独特风味的朗姆酒提供了可能。发酵体系中酵母菌间可能存在的复杂互作关系是影响朗姆酒风味品质的主要原因之一，对此需要更进一步的研究。

1.2 朗姆酒发酵过程中的酵母菌

酵母菌在朗姆酒发酵过程中的生长模式展现出既定的规律性与多样性。发酵早期阶段一般以各种有孢汉逊酵母属（Hanseniaspora）、克勒克酵母属（Kloeckera）、毕赤酵母属（Pichia）等非酿酒酵母主导发酵，但因其与酿酒酵母（S. cerevisiae）发生相互作用，S. cerevisiae最终占据主导地位并完成发酵。在使用糖蜜发酵的情况下，粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）有时也会在发酵中占据主导地位，这也表明了发酵过程的复杂性和环境因素的显著影响。有研究对巴西不同的酿酒厂进行了样本采集和微生物分析，结果与上述研究几乎一致，发酵过程中酵母菌总数极高，且最主要的仍是S. cerevisiae，而其他出现的某些非酿酒酵母菌在发酵过程中表现出交替现象：马克斯克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus）和葡萄有孢汉逊酵母（H. uvarum）等只在发酵开始时出现，亚膜毕赤酵母（P. subpelliculosa）和汉逊德巴利酵母（Debaryomyces hansenii）从发酵中期到结束时均存在，而甲醇毕赤酵母（P. methanolica）在发酵停止后才短暂出现。这些现象不仅丰富了对朗姆酒发酵中相关酵母菌的理解，也为后续酵母菌种的筛选及发酵工艺的优化提供了科学依据。目前，研究人员从甘蔗汁或甘蔗糖蜜中分离酵母菌并做了大量工作（表1）。通过不同的分离方法筛选适合朗姆酒发酵的优质菌株，为优化朗姆酒发酵菌种提供了宝贵的微生物资源，同时进一步丰富了对朗姆酒发酵体系中酵母菌的多样性认知。Fahrasmane和Corbion等系统地从甘蔗糖蜜、甘蔗汁以及发酵过程中的醪液和蒸馏后的残渣中分离出了一系列酵母菌株。其中，S. cerevisiae、薛瓦酵母（S. chevalieri）、光滑球拟酵母（Torulopsis glabrata）、异常汉逊酵母（Hansenula anomala）、膜醭毕赤酵母（P. membranaefaciens）等数十种酵母菌株在原料、醪液和（或）蒸馏残渣均有不等次数的发现，它们在发酵过程中的阶段性出现或共存，为朗姆酒风味的复杂性增添了新的注解。Shehata通过分离培养技术对某巴西糖厂的甘蔗及汁液（包括新鲜和发酵的）中的微生物区系进行了研究。在甘蔗植株和新鲜汁液中的酵母菌以S. cerevisiae、Candida、Pichia和Torulopsis等为主。另外，对发酵汁液与新鲜汁液中酵母菌的种类进行了对比，发现发酵汁液中仅存在3 个属的酵母（Saccharomyces、Candida和Schizosaccharomyces），而从新鲜汁液中分离出的最常见酵母为S. cerevisiae和克鲁斯假丝酵母（C. krusei）。甘蔗汁或甘蔗糖蜜中分离出的非酿酒酵母，在发酵过程中可产生更高水平的醇类、酯类等物质，为朗姆酒增添了典型的花果香。如汉逊酵母属（Hanseniaspora）可产生高水平的乙酸乙酯，为酒体增添了独特的果香；毕赤酵母属（Pichia）能产生甲基酮类化合物，有助于形成朗姆酒独特的风味特征。为了明确地将这些微生物与朗姆酒的挥发性化学成分联系起来，有必要结合基于培养和非靶向代谢组学分析，对分离的菌株进行进一步的研究。随着对酵母菌多样性的深入研究，有望发现更多具有独特风味贡献或发酵效率的酵母菌株，从而推动朗姆酒酿造技术的创新与进步。未来，筛选具有优秀产酯能力的非酿酒酵母菌株进行乙醇发酵或辅助发酵是改善朗姆酒风味品质的重要方向，同时深入研究这些酵母菌间的相互作用及其对环境变化的响应机制，有助于更好地控制发酵过程。

2 酵母菌的代谢特性

朗姆酒发酵过程产生的挥发性风味成分，本质上是酵母菌发酵糖产生乙醇的副产物。在发酵过程中，酿酒酵母负责将甘蔗汁或甘蔗糖蜜中的糖转化为乙醇和其他化合物，非酿酒酵母产生的次级代谢产物使朗姆酒具有更加复杂的口感和风味。选择合适的酵母菌株并了解其代谢特性，对提高乙醇产量、改善朗姆酒风味品质至关重要。

 

2.1 酿酒酵母的代谢特性

朗姆酒中的主要呈香物质是高级醇和酯类，如正丙醇、异丁醇、月桂酸乙酯、乙酸乙酯等，其含量约占朗姆酒总香气的三分之二。酿造过程中所使用的酿酒酵母应能够迅速发酵糖分，葡萄糖、果糖、半乳糖、麦芽糖等均通过细胞膜运输，而蔗糖则在细胞外通过β-D-果糖苷酶转化为葡萄糖和果糖。由于甘蔗糖蜜含有高蔗糖，因此，用于朗姆酒生产的优质酿酒酵母应具有较高的转化酶活性。朗姆酒的发酵涉及一系列复杂的生物化学转化过程，其核心在于蔗糖通过有序反应被酿酒酵母转化为乙醇和CO₂，且几乎每一步均依赖特定酶的催化作用。酿酒酵母会合成一系列醇、酯等小分子化合物，其中，四大酯类物质对朗姆酒风味和香型有极大影响，这些酯类的生成始于糖酵解产生的丙酮酸，后丙酮酸通过不同酶系（如EC1.2.4.1、EC2.3.1.12等）催化转化为乙酰辅酶A，这是酯类合成的关键前体。随后，乙醇与乙酰辅酶A在醇酰基转移酶的作用下生成乙酸乙酯。乙酰辅酶A还能通过链延伸途径（涉及EC2.3.1.9等酶）进一步转化为更长的酰基辅酶A，进而生成丁酸乙酯、己酸乙酯和辛酸乙酯等复杂酯类。由此可见，酿酒酵母在朗姆酒发酵过程中不仅负责将蔗糖高效转化为乙醇，还通过其复杂的代谢网络合成了一系列风味物质，这些物质对朗姆酒独特的风味特征有较大影响。当前，研究人员还通过先进的技术和生物工程方法改善和提高酿酒酵母的发酵效率、增加其新的功能特性，可为改善朗姆酒的风味品质提供借鉴。其中利用基因工程技术对酿酒酵母进行修饰，提高其乙醇产量、发酵效率和抗性较为常见。通过设计基因编辑策略，能够精确地修饰或插入特定的基因片段，从而增强酿酒酵母的乙醇生产能力、提高发酵速度、增强其对不利环境条件的抗性。通过增强酿酒酵母中糖代谢相关基因的表达，酵母可以更有效地将糖转化为乙醇。开发的酵母菌株可以在更高的乙醇浓度下存活和发酵，从而减少发酵过程中断，提高朗姆酒生产的连续性和效率。采用先进的生物工程方法，研究人员正在不断突破酿酒酵母的性能极限，为日后朗姆酒生产效率提升、风味优化以及品质提升提供了强有力的支撑。

2.2 非酿酒酵母的代谢特性

酵母中含编码酶的基因在其生存中起着重要作用，其中一些酶分泌在细胞膜外，以分解周围复杂的化合物和聚合物，为酵母提供能量和营养。然而，不同的酵母产生这些酶的丰度不同，其中一些酶直接负责将糖分解为乙醇，决定发酵速率，其他酶可能会催化朗姆酒中初级和次级香气化合物的形成。与酿酒酵母相比，非酿酒酵母具有某些酿酒酵母所不具备的酶学特征，现代基因测序技术也表明，一些非酿酒酵母比酿酒酵母编码更多的胞外酶，可以促进大分子物质的分解及转化，这有望提高朗姆酒的发酵速率，一定程度降低乙醇含量，提高醛、酯、酚等风味成分的水平。朗姆酒发酵过程中的非酿酒酵母，除Schizosaccharomyces之外，Kluyveromyces、Pichia、Candida等其他非酿酒酵母也有在糖蜜和甘蔗汁中生长的潜力，并且可能代表着在朗姆酒生产中是可利用的新型酵母。自然发酵中的野生酵母的种类和数量是不可控的，生成酯类、高级醇、醛类等物质的含量存在偶然性，因此需对参与发酵的每一种非酿酒酵母的特性进行研究。研究人员已经对多种非酿酒酵母的代谢特性进行了深入了解，以乳酸克鲁维酵母（K. lactis）为例，它不仅能在糖酵解过程中将葡萄糖转化为丙酮酸，还能通过三羧酸循环及氧化磷酸化高效生成ATP和NADH等能量物质。在氧气充足时，K. lactis进行发酵作用，将葡萄糖转化为乙醇，并伴随乳酸等有机酸的生成，这些有机酸进一步转化为具有水果香气的酯类物质。毕赤酵母属中的某些菌种（如克鲁维毕赤酵母）具有很强的产酯能力，特别是乙酸苯乙酯和辛酸乙酯，这些酯类化合物能够赋予酒类独特的果味、玫瑰味、甜味和蜂蜜味，同时又能够代谢产生丰富的糖苷酶类，这些酶在代谢过程中能够水解水果中以糖苷结合态形式存在的非挥发性香气前体物质，释放出游离态的香气成分，如硫醇类和萜烯类化合物，这些物质对酒的风味形成有重要贡献。实际上，每一种非酿酒酵母代谢糖产生的次级代谢产物都有所差异，因此如何能让不同酵母参与发酵，并且引导其对朗姆酒的香气和酒体产生有益的贡献就显得尤为重要。酵母菌糖代谢产生的风味物质（图3）是乙醇发酵过程中的代谢产物，对朗姆酒的风味与口感起着至关重要的作用。在朗姆酒的生产过程中，采用非酿酒酵母与酿酒酵母共发酵策略，由于结果不可预测且缺乏可重复性，仍然是一个很大的挑战。通过管理不同菌株同时或连续接种来获得对朗姆酒的预期影响的发酵行为尚未完全掌握。因此，有必要更深入探究各酵母菌的代谢特性及在乙醇发酵过程中的相互作用，以更有效地控制混合发酵过程。

3 酵母菌在朗姆酒发酵中的相互作用

 

酿酒酵母与非酿酒酵母混合发酵可明显改善朗姆酒的风味品质，但不同酵母菌种间的相互作用关系也各不相同，它们不是被动共存，而是以协同、竞争或抑制等多种方式相互影响。与朗姆酒发酵生态系统相关的微生物菌群较为复杂，发酵体系内相对复杂的微生物环境为探究酿酒酵母与非酿酒酵母的相互影响带来了一定的困难。深入理解酵母菌间的相互作用对控制发酵过程、提高朗姆酒品质有重要意义。

 

3.1 酵母菌间的协同作用影响风味物质形成

混合发酵过程中，若存在两种或多种酵母菌能够在相同环境内达到生长上的平衡状态，且彼此间未展现出抑制对方生长的现象，这种积极的相互作用即为协同共生。协同共生不仅是混合发酵技术所追求的理想境界，还标志着不同种类的酵母菌能够融洽地生活在一起，各自利用其独特的代谢能力，协同工作以增强发酵过程的效率和最终产品的品质。酿酒酵母是朗姆酒酿造过程中的主要驱动力，对于发酵条件的适应性强且能够稳定地产生乙醇。卡利比克迈耶氏酵母（M. caribbica）相较于S. cerevisiae，具有β-葡萄糖苷酶等独特酶系，能够水解糖苷键，将原本在发酵液中不活跃或难以直接利用的化合物（如某些糖苷类前体）转化为松油醇、柠檬醇等具有强烈香气的化合物。混合发酵不仅增强了S. cerevisiae产生的常规挥发性化合物（如乙酸乙酯），还显著提高了乙酸异戊酯、己酸乙酯和辛酸乙酯等酯类物质的含量。这些酯类化合物对于形成朗姆酒的果香、甜香等风味至关重要。混合发酵过程中，M. caribbica还可能通过某种机制影响S. cerevisiae的代谢途径，减少了醋酸的产生，从而减轻了朗姆酒的刺激性，使口感更加柔和。混合发酵是优化朗姆酒风味品质的有效策略，但多数非酿酒酵母相较于酿酒酵母，在环境适应性上存在显著差异，导致两者难以在同一发酵体系中和谐共存。为此，深化非酿酒酵母与酿酒酵母之间协同共生关系的研究显得尤为重要。未来，进一步研究本土非酿酒酵母的筛选，聚焦于深入探索菌株间共生的内在机制，构建更加科学合理的发酵环境，发掘能够协同工作的酵母组合，并通过扩大这种共生关系的广度，以酿造出风味独特、品质更佳的朗姆酒。

3.2 酵母菌间营养物质的竞争影响发酵速率

氮作为甘蔗汁或糖蜜中天然存在的主要营养物质之一，参与初级和次级代谢物的生物合成，是酵母菌生长和代谢的重要营养物质。由于酿酒酵母与某些非酿酒酵母在氮吸收偏好方面高度相似，使其在混合发酵过程中易发生氮源竞争。有研究利用两种非酿酒酵母菌株，观察它们在混合发酵中对酿酒酵母氮源的竞争以及对其发酵能力的影响。结果表明，这两种非酿酒酵母菌株都迅速消耗氮源，其中美极梅奇酵母菌（Metschnikowia pulcherrima）具有更快的生长速率和较低的发酵能力，这与其更高的酵母可同化氮（yeast assimilable nitrogen，YAN）消耗量相对应。在顺序接种的酵母发酵中，先于酿酒酵母菌株接种的非酿酒酵母菌株首先消耗养分，最终导致发酵缓慢或停滞，添加YAN增加了混合培养中酿酒酵母的比例以及发酵速率。在甘蔗汁或糖蜜为原料进行乙醇发酵时，碳源作为酵母理想的能量来源，对其生长代谢至关重要。Conteras-Ruiz等利用高效液相色谱法对酵母菌混合发酵过程中的糖消耗量进行分析，以研究两种共培养菌种与单培养发酵相比糖消耗量的变化，从而证明两种酵母菌间存在碳源的竞争。研究结果发现，不同竞争力的S. cerevisiae与库德里阿兹威氏酵母（S. kudriavzevii）之间的相互作用和竞争关系会显著影响糖分的消耗动力学。当S. cerevisiae的竞争力较弱时，S. kudriavzevii会占据主导地位，从而主导碳源的消耗过程。然而，当S. cerevisiae的竞争力增强时，尽管它可能在数量上占据优势，但可能会因为某种原因（如代谢途径的差异等）而减缓糖分的消耗速度。而这种现象目前还未完全明晰，需要进一步的研究来深入理解其背后的机制。

3.3 酵母菌细胞间相互接触影响关键基因表达

由于酿酒酵母与非酵母菌在发酵过程中相互作用的复杂性，很难确定这些相互作用的个体效应，特别是在代谢相互作用和物理相互作用方面。有学者提出，在与酿酒酵母混合发酵过程中，非酿酒酵母种群数量的减少是由于两者之间直接物理接触。非酿酒酵母与酿酒酵母细胞间接触对酯类生物合成中关键基因表达产生影响，最终导致某些香气化合物含量发生变化。一些研究通过双室发酵器发酵以实现两种酵母的物理分离，验证酵母间细胞接触对混合发酵的影响。由于透析装置允许小分子物质通过，因此外隔室的糖浓度变化可以间接反映内隔室中酵母菌对糖的利用情况。同样地，通过监测发酵过程中内外隔室的乙醇浓度变化，可以了解不同酵母菌种群在发酵过程中产生乙醇的能力。在分隔培养发酵中，由于酵母菌种群间的物理隔离，其乙醇产量可能受到一定影响。通过克鲁维毕赤酵母（P. kluyveri）和S. cerevisiae在混合发酵过程中细胞间的接触对酵母生长、发酵活性和香气产生的影响，比较有物理分离或无物理分离的单发酵与混合发酵之间的差异。结果表明，S. cerevisiae与P. kluyveri的生存率在细胞间接触的作用下均有所下降。Val、Leu和Phe在生物发酵过程中，遵循Ehrlich途径，分别转化为异丁醇、异戊醇和2-苯乙醇。值得注意的是，这3 种氨基酸在不同的发酵环境下展现出了相似性。然而，当比较混合发酵与分隔发酵两种条件下的产物水平时，异丁醇、异戊醇和2-苯乙醇的生成量均出现了显著下降。由此作者推断，细胞间的直接接触可能对Ehrlich途径的活性产生了抑制作用。另有研究通过德尔布有孢酵母（Torulaspora delbrueckii）和S. cerevisiae，对比纯培养和混合培养发酵过程，进一步考察细胞间接触对酯类生物合成中关键基因表达的影响（图4）。发酵中期，相较于分隔发酵组，无分隔发酵组表现出了FAS1与ELO1基因更高的表达水平。这些基因的上调是脂肪酸生物合成活动增强的信号，暗示着它可能促进了异丁酸乙酯、己酸乙酯以及琥珀酸二乙酯等化合物的产量提升。发酵的后期，无分隔发酵条件下的ACC1、FAS2、ELO1以及ATF1基因表达均显著高于分隔发酵，这些基因的上调促进了乙酯和乙酸酯类物质的进一步积累。T. delbrueckii和S. cerevisiae之间的细胞接触在调节酯类生物合成相关基因表达中起着关键作用，这种接触可能触发信号通路，导致酿酒酵母中负责脂肪酸生物合成和酯类形成的基因上调。未来还需要进一步研究细胞间接触调控基因表达的具体信号通路和分子机制，以更好地调控朗姆酒发酵过程。

3.4 酿酒酵母分泌抗菌肽抑制非酿酒酵母生长

酿酒酵母在乙醇发酵初期中会分泌AMPs，酿酒酵母将AMPs分泌到生长介质中，这些AMPs往往会在指数生长期结束时（24～48 h）引起某些非酿酒酵母的死亡。有研究发现这些AMPs来源于甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH），AMPs的产生可能与酿酒酵母细胞氧化压力升高，引起GAPDH发生转录、表达、聚合和转位等改变有关，酿酒酵母菌株的遗传背景、发酵条件以及环境因素等也与之有关。特别注意到，非酿酒酵母在发酵过程中的早期死亡也被发现是通过细胞间接触机制介导的，而GAPDH衍生的AMPs在酿酒酵母细胞表面的积累也是导致非酿酒酵母通过细胞间接触死亡的因素之一。为了探究混合发酵早期抗菌肽在非酿酒酵母早期死亡中的作用，Kemsawasd等采用双室发酵系统使耐热克鲁维酵母（Lachanchea thermotolerans）与S. cerevisiae混合发酵。结果表明，非酿酒酵母的死亡是由细胞间接触和AMPs共同引起的。AMPs展现出多元化的作用机制，通过与酵母菌细胞膜上的脂质双层产生交互作用，构建出离子通道或直接引发膜结构的破损，从而杀死某些微生物。AMPs还会导致某些非酿酒酵母细胞培养能力丧失，并促使细胞内环境酸化。在pH值为3.5的环境下，当细胞暴露于AMPs时，H⁺的外排活动受到抑制，而内流则有所增强，呈现出一种不平衡状态。鉴于H⁺-ATPase介导的H⁺外排过程依赖于能量供应，因此，葡萄糖消耗量的减少会降低ATP的产生，进而削弱H⁺-ATPase的活性。值得注意的是，这一过程中葡萄糖的摄取速率并未受到明显影响，这表明AMPs可能并未直接作用于葡萄糖转运机制，而是通过两种可能的途径：一是直接干扰质膜上的H⁺-ATPase功能；二是由于AMPs导致的细胞膜扰动加剧了ATP的泄漏。综上所述，AMPs是通过双重作用促进质子内流与抑制质子外排，共同诱导了非酿酒酵母细胞的死亡过程。

3.5 酿酒酵母产生高浓度乙醇破坏非酿酒酵母细胞膜完整性

酿酒酵母产生的高浓度乙醇被认为是控制发酵过程中非酿酒酵母生长的主要因素之一。在发酵过程中，高浓度的乙醇会显著抑制酵母菌的生长和活性，对其生长和发酵特性造成不利影响，并且这种抑制效果会随着乙醇浓度的升高而加剧，相比之下，大部分非酿酒酵母对乙醇的耐受性较低，在发酵过程中往往会受到抑制。当酿酒酵母发酵产生的乙醇浓度积累至一定程度，极易导致非酿酒酵母的细胞结构和通透性发生变化，使得细胞质膜的流动性降低，进而影响到营养物质的吸收过程，最终导致非酿酒酵母的生长发育受到明显的抑制。在高浓度糖的发酵条件下，产生的高浓度乙醇会破坏其细胞膜的完整性（图5）。水分子与细胞膜磷脂的极性头部通过形成稳定的氢键连接，对维持细胞膜结构的完整性至关重要。然而，乙醇作为一种溶剂，能够渗透进细胞膜，并通过改变脂质与蛋白质分子间的相互作用以及它们在膜内的分布格局，取代原本与水分子结合的位置，从而对细胞膜的功能产生显著影响。这种乙醇对细胞膜的渗透和干扰作用，可能会导致细胞膜上的长链烃基部分遭受破坏，进而削弱膜作为渗透屏障的效能，使膜的通透性增加。这不仅允许外部物质更容易地进入细胞，同时也促进了细胞内关键营养物质如糖和氨基酸的加速流失以及核苷酸、氨基酸和钾离子等细胞成分的泄漏。发酵过程中，随着乙醇浓度的不断积累，加剧了细胞内环境的失衡。细胞内物质的流失不仅直接削弱了细胞的代谢能力，还可能通过干扰信号传导、能量生成和离子平衡等生理过程，进一步危害细胞的生存与功能。因此，乙醇对细胞膜通透性的增加及其引发的营养物质渗漏，被认为是乙醇胁迫下酵母细胞生长受限和生理功能受损的重要机制之一。今后的研究可以在乙醇发酵阶段选育可耐受更高浓度乙醇的非酿酒酵母菌株与酿酒酵母混合发酵，或通过紫外诱变、常压室温等离子体诱变等手段对选育的菌种进行改造提高其乙醇耐受性及其在发酵过程中的适应性。

4 酿酒酵母-非酿酒酵母混合发酵对朗姆酒风味品质的影响

 

朗姆酒的主要香气特征是在发酵过程中，经由酵母菌复杂的代谢途径产生。这一生化过程导致了多种香气物质的形成，其中尤为显著的是高级醇（如异戊醇、异丁醇等）及其相应的乙酯类化合物（例如异戊酸乙酯、异丁酸乙酯），以及脂肪酸（主要包括乙酸、丙酸等短链脂肪酸）及其乙酯衍生物。这些香气成分不仅赋予了朗姆酒独特的感官属性，还深刻影响着其整体风味轮廓。

 

4.1 朗姆酒中的主要风味物质

朗姆酒的风味特征对消费者的选择有显著影响，而酵母对香气和风味的影响主要通过原料变成乙醇发酵的过程、风味与香气成分在发酵过程中呈香物质的重新生成、酵母自溶产生风味物质等多种途径实现，发酵过程中产生的醇类、酯类、醛类、酸类以及其他化合物与酵母菌种特异性也有着密切联系。酵母在发酵过程中产生的醇类物质是构成朗姆酒发酵香气的一类重要成分，在所有香气成分中含量最高。像正丙醇和异丁醇这样的高级醇是由其对应的酮酸形成的。酮酸则是由氨基酸通过转氨反应形成，然后转化为醇类。如1-丙醇、2-甲基-1-丙醇和苯乙醇等具有强烈气味的脂肪醇，可能是通过糖类的合成代谢过程，经由氨基酸合成途径形成的。脂肪酸在发酵过程中产生，并在蒸馏过程中容易转移到馏出物中。每升浓香型朗姆酒中的总酸质量约为100～600 mg，其中乙酸是主要的挥发性酸。酯类中的乙酸乙酯、丁酸乙酯、癸酸乙酯等是朗姆酒中的主要风味物质（表2）。大多数酯是在酵母发酵过程中通过几种复杂的代谢途径合成的，赋予果香、花香和独特的酒香，在朗姆酒中的存在和平衡可以大大增强其芳香的复杂性。其中，朗姆酒中形成的主要酯类是醇的乙酸酯（如乙酸乙酯）和脂肪酸的乙酯（如癸酸乙酯）。酯类含量与发酵过程中形成的酯类与酯类在酵母细胞和介质中的分布以及酯类浓度等许多因素有关。所选用酵母菌的种类对朗姆酒中的酯类含量也有很大影响，因此，选择合适的菌种进行混合发酵，对提升朗姆酒风味品质极为重要。

4.2 混合发酵对朗姆酒主要风味物质的影响

鉴于各类酵母在环境适应性、产香效能以及相关酶活性上呈现出显著差异，直接影响了其代谢途径。因此，酵母种类的多样性成为赋予产品复杂多变风味特征与口感体验的关键因素。目前大量的研究旨在利用非酿酒酵母与酿酒酵母混合发酵以改善酒的风味品质，毫无疑问，非酿酒酵母用于朗姆酒生产具有巨大的生产潜力。为研究酵母菌混合发酵对朗姆酒主要风味物质的影响，将非酿酒酵母P. anomala UFLA CAF70、P. anomala UFLACAF119和P. caribbica UFLA CAF733分别与S.cerevisiae UFLA CA11共培养发酵甘蔗汁。共培养中，P. anomala UFLA CAF733与S. cerevisiae UFLA CA11的混合发酵体系中乙醇浓度最高且残糖量最低，主成分分析发现，乙基己酸酯、2-苯乙醇、薰衣草醇、正壬酸、乙基丁酸酯、乙酸乙酯等挥发性化合物含量丰富。P. caribbica UFLA CAF733与S. cerevisiae UFLA CA11的混合培养产生了乙酯、单萜醇等具有良好感官的挥发性风味化合物。张远平等通过异常汉逊酵母与酿酒酵母顺序接种（先加异常汉逊酵母发酵约24 h后再加入酿酒酵母）对蔗汁发酵进行研究，结果表明，与纯酿酒酵母发酵相比，混合发酵提高了多种关键挥发性化合物的含量，减少了醛类和醋酸等挥发性酸，有利于提高发酵产酒和产酯水平，但并未对其产生的酯类等挥发性物质进行具体分析。另有研究人员提出一种通过酿酒酵母（用量占比70%以上）与东方伊萨酵母、茶酵母、毕赤酵母等非酿酒酵母中的任意一种或多种组合发酵提高朗姆酒中的风味物质的方法。此方法利用多酵母发酵，增加朗姆酒中酯类物质的多样性，酒体中呈现出丰富的香气，同时酒体变得更加浓郁醇厚，刺激性减小，口感更加绵柔。但以上研究均未对混合发酵过程中酵母菌的互作机制深入挖掘，且实验主要关注了挥发性化合物、醛类和挥发酸等少数指标，而发酵产物中可能还包含其他重要的风味成分、营养成分或有害物质（如生物胺、高级醇等），这些成分的分析对于全面评价发酵产物的品质至关重要。未来，研究重点应继续深入探究不同菌种间相互作用机制及其如何影响朗姆酒发酵产物的风味、品质和产量，混合发酵在不同原料（如不同种类的蔗汁或甘蔗糖蜜）上的普适性也需要进一步验证。此外，不同菌种间代谢产物的相互转化和利用以及如何通过调控这些转化过程优化发酵产物的品质同样值得探究。

5 结 语

随着对微生物生态学、分子生物学及代谢组学等学科的深入探索，研究者逐渐揭开了酵母群落间相互作用的神秘面纱，并认识到这些互作对于朗姆酒独特风味和卓越品质形成的关键作用。本文综述了朗姆酒中微生物群落结构及酵母菌间的互相作用，同时总结了酵母混合发酵对朗姆酒主要风味化合物的影响。朗姆酒酿造过程中微生物群落较为复杂，不同种类的酵母对朗姆酒发酵过程中糖类物质的利用、有机酸及酯类物质的生成等具有显著影响，要完全解析朗姆酒发酵过程中酿酒酵母与特定非酿酒酵母间复杂的相互作用关系较为困难。近年来，蛋白质组学和转录组学在酵母与酵母相互作用的研究中得到了广泛的应用，但目前还存在一些不足，相关作用机制仍需要进一步深入探讨。一方面，由于不同酵母菌间相互作用方式的不同，酿造过程中酿酒酵母与非酿酒酵母的互作机制仍未完全明晰。未来的研究方向应侧重于深入探索不同菌株间互作的内在机制，构建适宜的发酵环境，持续发掘能够协同共生的酵母组合，并扩大这种共生关系的广度。另一方面，酵母菌间的互作对发酵过程中其他微生物群落多样性及演替规律的影响，以及微生物群落的改变对朗姆酒最终风味的影响同样值得深入研究。基于此，后续研究还可通过人工构建合成微生物群落，即可以在体外实现微生物演替和动态变化的操控和可重复性，为构建具有预期风味的朗姆酒发酵合成微生物群落系统提供可能。随着微生物技术和多种组学技术的不断发展以及多个学科交叉的深入融合，对朗姆酒发酵过程中酵母相互作用及其影响机制的理解将更加深入，朗姆酒风味品质也将得到更大提升。

作者简介

 

通信作者

余永建 博士，研究员，江苏科技大学粮食学院副院长江苏省“333高层次人才培养工程”第二层次培养对象，江苏省科技企业家，江苏省科技副总，江苏省第三批产业教授，江苏大学产业教授，华南农业大学兼职教授，江苏省知识产权领军人才，镇江市学术技术带头人，镇江市有突出贡献中青年专家。先后获得江苏省创新争先奖状、中国食品科学技术学会科技创新奖—杰出青年奖、江苏省青年科技杰出贡献奖等奖项。

第一作者

窦帅伟，硕士研究生，江苏科技大学粮食学院，主要研究方向为发酵酿造机理与风味解析、酿酒微生物资源挖掘；近1 年来在学术期刊发表论文2 篇，其中以第一作者发表论文1 篇。

引文格式：

窦帅伟, 程思远, 余永建, 等. 朗姆酒发酵中酵母相互作用及其对风味品质影响的研究进展[J]. 食品科学, 2025, 46(6): 381-391. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240904-032. 

DOU Shuaiwei, CHENG Siyuan, YU Yongjian, et al. Research progress in yeast-yeast interactions and their effect on flavor quality during rum fermentation[J]. Food Science, 2025, 46(6): 381-391. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240904-032.