安诺优达携手中科院遗传所共同举办基因组学研讨会,想不想免费参加?
威斯腾促销
贝康招聘

Nature:利用遗传学“酿造”更可口的啤酒?

2016/07/28 来源:生物探索
分享: 
导读
近两周,苏州小城温度一度飙升,大有热化了的错觉。夏日炎炎,我们需要些什么?空调、西瓜、冰淇淋、风扇……都实属避暑佳品。自然,有时候也免不了需要来一瓶清爽酣畅的啤酒。谈及啤酒,你会想到些什么?比利时鲁汶大学Kevin Verstrepen对此有故事要分享……


Kevin Verstrepen,比利时鲁汶大学的一名研究人员,他对啤酒的感悟会比普通人更深一层。

每周两次,他所在的研究团队齐聚一室,进行一场别开生面的组会:没有笔记本、没有学术报告,有的只是近百杯黑色的郁金香杯,杯子里装着各类啤酒。他们需要从气味、口味甚至于化合物层面上对它们进行品鉴和评估。

Verstrepen直言,这一过程更像啤酒的集中“轰炸”。他们需要记录下啤酒的香气(指甲油、烟味、丁香……),需要识别这些气味背后的化合物(乙酸乙酯、4-乙烯基愈创木酚、反式-2-壬烯醛……)

这种项目已经维持了4个月,需要评估约200种上市的比利时啤酒。除了感官定性,他们还需要精确测量许多种化学物质,正是这些化合物交融造就了酒香和口感。最终形成品鉴报告,可以让消费者参考,让他们选择想尝试的新啤酒。

品鉴啤酒并不是Verstrepen团队的终点,他们希望创造出完美的酵母!从进化学、生物化学甚至于神经科学,他们将啤酒工艺和生命科学结合,通过与全球的啤酒制造商合作,致力于构建出酒类酿造、食品发酵最佳的酵母菌株。

啤酒酿造过程


谷物:主要是麦芽,提供酒和糖分。此外一些特殊的啤酒,例如黑啤,其巧克力口味也是麦芽发酵而来的。制造过程包括贮存、浸麦、发芽、烘焙等工序。水:通常会根据其PH、矿物质组成进行选择。将麦芽及其他原料粉碎后,用水浸泡放置在糖化锅中蒸煮,以获取麦芽汁。酒花(Hop flowers ):又称啤酒花,被誉为“啤酒的灵魂”。这一植物能够为啤酒增添独特的苦味和香气。在蒸煮麦芽汁过程中添加。酵母:啤酒酵母Saccharomyces cerevisiae提供酒精、泡沫和数以百计的芳香烃。

啤酒制造商作为酵母研究的先锋军,他们对于发酵工艺的推进功不可没。1875年,丹麦嘉士伯啤酒厂(Carlsberg brewery)建立了全球首个酵母生物实验室。1883年,正是在这个实验室里,Emil Christian Hansen成功分离出第一个纯培养的酿酒酵母。20世纪30-40年代,另一位就职于嘉士伯的科学家Øjvind Winge发现酵母可通过有性和无性两种方式繁殖,并培育出一种具有酿酒特性的新型酵母。

Winge成功将啤酒厂里的酵母转移至实验室。现在很多科学家都以此为原型,探究其细胞运作机制。尽管酵母和生物学之间有着漫长而频出成果的交集,但是Verstrepen 认为,很多啤酒制造仍然停留在19世纪,传统的啤酒制造商并未采用最佳的酵母酿造啤酒。

Verstrepen与啤酒、酵母的缘分

为了改变这种现状,Verstrepen在南非葡萄酒酵母实验室工作,1999年他随后在鲁汶大学研究啤酒的课题组攻读博士学位。但是,他发现大多数围绕啤酒的研究都面临着酵母菌株的困扰,但是却没有人改变。带着满满地失望,Verstrepen选择剑桥Whitehead 生物医学研究所 Gerald Fink实验室从事博士后工作。

虽然Fink曾在上世纪70年代将基因工程学应用于酵母改造,但是他们对啤酒并不感兴趣。所以,Verstrepen只能转向研究致病酵母分泌的、用于与人类组织黏着的蛋白质,他发现这些蛋白质的粘性由一个特殊基因的重复DNA序列数量决定。

当重复系列越多,致病蛋白越容易侵入细胞组织。这些蛋白还负责絮凝过程,以便酵母细胞聚集并从啤酒中析出。不同酵母具备的絮凝能力不同,从而影响啤酒的口味、清爽度和酒精含量。

2009年,Verstrepen再次回到鲁汶大学,他希望能将科学研究与啤酒工艺结合。迷茫之际,恰巧全球最大的可可制造商之一Barry Callebaut在寻求一种将苦味可可豆转变为可可粉的方法,这一过程需要酵母菌的参与。Barry Callebaut成为向Verstrepen实验室咨询的第一位客户。现在,Barry Callebaut每年的收入额达到555,000美元。

如何构建新的酵母菌株?

现在,Verstrepen在鲁汶大学的实验室与寻常的生物实验室无异:离心机、培养皿、实验操作台、各类试剂……

特殊之处在于,实验室冻存着3万份酵母菌株,其中有1000份用于酿造啤酒、发酵面包,另外还有1000份酵母菌从水果、花卉、昆虫甚至于人身上分离而来。这些菌株被用于研究,以筛选出与发酵品质相关的基因。他们分析了150种酵母菌株的基因组信息,相关研究成果将发表于《Cell》期刊。

此外,Verstrepen实验室还构建了一站式寻找独特啤酒味道的体系。他们开发出微流控芯片,能够同时监控2000种不同酵母菌株的发酵过程。这些芯片能够自动读取酒精含量以及负责香气的化合物。

实验室通过杂交不同的菌株,培育出新的酵母种类。然而凭借后代发酵产生的香味、以及它们的基因组信息进行择优筛选。通常,酵母的自然变异会提供新的选择和口味,但是这种方式有时间局限性,而基因工程学可以突破限制。但是这也面临着转基因食品的考验,所以实验室更倾向于使用更为传统的方式,例如育种、定向进化,筛选工业酵母菌株。

以 CRISPR为首的基因编辑技术也可以用于改变基因,获取发酵新口味的酵母菌株。但是, CRISPR啤酒是否算转基因食品呢?这无疑又是一个争议。大多数啤酒厂拒绝这种基因被人为改造过的酵母菌,他们认为它是一个禁忌。

备注:本文参考自“Tapping genetics for better beer”。

本网站所有注明“来源:生物探索”的文字、图片和音视频资料,版权均属于生物探索所有,其他平台转载需得到授权。本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源和作者,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(editor@biodiscover.com),我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点,不代表本站立场。