全 文 ：·综述与专论· 2014年第12期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）常常被筛
选作为葡萄酒酒精发酵菌种［1］。葡萄浆汁中葡萄糖
和果糖含量基本相等，但在酒精发酵过程中，酿酒
酵母利用葡萄糖的能力通常比利用果糖的能力强。
其结果是果糖与葡萄糖比例随着发酵的进行不断升
高，以致在发酵后期果糖成了主导糖。葡萄酒酵母
必须在长期饥饿和大量乙醇存在的情况下发酵果糖。
由于果糖摄取困难造成营养的不平衡，胁迫因素可
能被放大，从而改变了酵母活性，导致酒精发酵中
止［2，3］。而且酿酒酵母的低果糖利用能力也与发酵
后期低发酵速率和发酵不彻底有关［4，5］。另外，由
收稿日期 ：2014-05-08
基金项目 ：山西省回国留学人员科研资助项目
作者简介 ：赵文英，副教授，研究方向 ：葡萄酒微生物 ；E-mail ：zzr1zwy2@163.com
葡萄酒酿酒酵母果糖利用影响因素的研究进展
赵文英  贾万利 
（中北大学化工与环境学院，太原 030051）
摘 要 ： 葡萄酒酒精发酵后期，酿酒酵母果糖利用能力与酒精发酵中止和发酵不彻底密切相关，而且残余果糖还可能带来
微生物污染和酒体失衡的危险。从酿酒酵母己糖跨膜转运、己糖胞内磷酸化及发酵条件（葡萄糖浓度、乙醇和温度）对果糖利用
影响等方面的研究进展进行了综述，对筛选和构建高果糖利用优良葡萄酒酿酒酵母研究，以及生产中合理控制酒精发酵过程具有
重要指导意义。
关键词 ： 葡萄酒 酿酒酵母 果糖
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2014.12.005
Advance Research on Factors of Fructose Utilization in the Wine Yeast
Saccharomyces cerevisiae
Zhao Wenying Jia Wanli
（School of Chemical and Environmental Engineering North Central University Shanxi，Taiyuan 030051）
Abstract: Yeasts with a high fructose consumption capability are very important for winemakers to solve problems associated with
sluggish or stuck fermentations. Residual fructose at end of fermentation also can cause undesirable sweetness and risk of microbiological
spoilage in wines. The fructose consumption capability is dependent on the yeast’s genetic background and on external conditions. It was
reviewed on the level of the transporters cross the cellular membrane, hexose phosphorylation, and the effects of external factors（glucose
concentration, ethanol stress, temperature and nitrogen resources availability）. It is of significant importance in winemaking to find out and
control the key factors that can have an effect on fructose utilization at end of fermentation.
Key words: Wine Saccharomyces cerevisiae Fructose
于果糖不能被有效利用而残留在葡萄酒中，一方面
果糖甜度高，会造成葡萄酒口感失衡 ；另一方面，
酒中残糖的存在具有引发微生物污染的危险［1，5］。
因此，酿酒酵母的果糖利用能力影响因素的研究备
受关注。
不同酿酒酵母菌果糖发酵能力不同，Liccioli
等［6］对 20 株商业用酿酒酵母进行了果糖利用能力
的测定。其中 FERMICHAMP 果糖利用能力最强，
BORDEAUX RED 最弱。赵文英等［7］通过数学方程
拟合了不同菌体在模拟葡萄汁培养基条件下，发酵
情况与单糖利用之间的关系，也表明不同酿酒酵母
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第12期30
的葡萄糖果糖利用能力不同。为寻找酿酒酵母利用
葡萄糖和果糖的差异，需要考虑 1，6-二磷酸果糖形
成前的一些步骤，包括己糖的跨膜转运及胞内磷酸
化，以及发酵过程中，不断变化的环境因素对果糖
跨膜转运的影响。
1 己糖跨膜转运对酿酒酵母果糖利用的影响
己糖的吸收是个主动转运的过程。酿酒酵母中
己糖的跨膜转运是糖代谢的关键步骤，其己糖转运
载体组成强烈影响着菌体的发酵特性［8］。已鉴定出
约 20 个基因编码相关的转运蛋白和感受体（HXT1
to HXT17、GAL2、SFN3 和 RGT2）参与己糖的转运［9］。
研究表明，Hxt1-7p 是酿酒酵母中发挥主要作用
的转运蛋白，对发酵条件下的葡萄糖和果糖的利用
非常重要。这些转运蛋白在底物专一性和亲和力方
面有差异。HXT1 和 HXT3 编码的是低亲和力转运
体，HXT6、HXT7 编码的是高亲和力转运体，其他
基因编码的是中等亲和力转运体［8］。转运体蛋白对
单糖亲和力的高低会影响不同单糖的代谢速率，通
常，这些转运蛋白对葡萄糖的亲和力大于对果糖的
亲和力，这是造成葡萄糖发酵速率高的重要原因［9］。
尽管 Hxt3p 对糖的亲和力低，但在发酵过程中对糖
的转运发挥着尤为重要的作用［10］。Kapella 等［11］发
现缺乏 HXT3 的菌株在 5% 乙醇培养基中不能彻底
发酵，这也说明 Hxt3p 在发酵过程中，在有乙醇存
在的情况下，对糖的转运至关重要。
酿酒酵母 FERMICHAMP 通常能使葡萄酒发酵
至干，具有较强的果糖利用能力［5，12］。通过分析该
菌体 HXT 己糖转运体的基因发现，该酵母菌具有突
变的 HXT3 等位基因。通过在 hxt1-7Δ 全缺陷菌体中
表达该 HXT3 突变基因发现，该基因具有高果糖的
利用能力。推测该基因对 FERMICHAMP 发酵过程
中的葡萄糖 / 果糖比值变化起着重要作用［12］。
除 HXT 系 列 基 因 之 外，Galeote 等［13］ 在
EC1118 及 其 他 一 些 葡 萄 酒 酿 酒 酵 母 基 因 测 序 过
程中鉴定出了 FSY1 基因，该基因与巴斯德酵母
（Saccharomyces pastorianus）中的果糖转运体 Fsy1p
的基因序列具有同源性。利用 hxt1-7Δ 全缺陷的菌
体来表达该基因后，结果表明，FSY1 对果糖具有高
亲和性，而且乙醇可诱导其表达。Lin 等［15］在分析
有氧发酵酵母和有氧酵母的转运蛋白基因组成时发
现，己糖转运蛋白基因拷贝数与有氧发酵强度具有
强烈正相关性，即转运蛋白基因拷贝数的增加有助
于酿酒酵母向有氧发酵方向进化。通过菌种间水平
基因转移获得的 FSY1 可增强 EC1118 的高果糖利用
能力。
被转运至胞内的葡萄糖和果糖分子可通过己糖
激酶进行磷酸化，然后进入糖酵解途径。己糖激酶
Hxk1 对果糖最大反应速率是葡萄糖的 3 倍，Hxk2
对葡萄糖反应速率略微大于果糖。但随着底物浓度
的降低，这两个磷酸化酶对葡萄糖和果糖的磷酸化
速率也发生着变化［16］。Berthels 等［17］认为葡萄糖
果糖发酵能力的差异受己糖激酶活性影响，在实验
室酵母体内过量表达己糖激酶 Hxk1，可增强果糖的
发酵速率。高果糖 / 葡萄糖磷酸化的速率和果糖磷
酸化激酶对果糖的低 Km 可作为筛选高果糖利用菌
株的参考。但也有很多学者认为细胞内糖的磷酸化
能力超过了被转运至胞内的糖，因此己糖磷酸化不
是造成发酵速率差异的根本原因［10，11，14］。这有待
于进一步论证。
2 发酵条件对酿酒酵母果糖利用的影响
在葡萄酒发酵过程中，酵母处于高度变化的环
境条件之中。己糖浓度从 160-300 g/L 降低至 2 g/L，
而乙醇浓度增加至 15%。氮的耗竭使得细胞生长停
滞，大多数糖被氮饥饿的细胞发酵所用。在整个酒
精发酵过程中，酵母调整自身的己糖转运蛋白组成
及磷酸化酶的活性以确保应对环境变化的最佳己糖
转运和利用［14］。发酵环境因素包括葡萄糖浓度、乙
醇、温度及氮源等，将对酿酒酵母转运蛋白及己糖
激酶基因表达有重要影响。
2.1 葡萄糖浓度的影响
葡萄糖不仅是酿酒酵母的碳源，而且是酵母代
谢和生长的整体调节因子［4］。有研究表明，高葡萄
糖浓度可抑制酿酒酵母果糖的消耗量，低葡萄糖浓
度可增强果糖的利用能力［18］。HXT 基因的表达受环
境因素的调节，特别是细胞外己糖浓度的影响，而
葡萄糖是控制 HXT 基因表达的主要因素［6］。HXT2
只在迟滞期短暂的表达，可能与启动生长的蛋白生
成有关。低亲和力的转运体 HXT1 只局限在发酵前
2014年第12期 31赵文英等：葡萄酒酿酒酵母果糖利用影响因素的研究进展
期表达，尤其在细胞的生长阶段表达旺盛，但在稳
定期不发挥作用。HXT5 的表达取决于酿酒酵母的
生长速率［19］。高亲和力的转运蛋白基因 HXT6 和
HXT7 在葡萄糖浓度低时被诱导，在葡萄糖浓度高时
被抑制，即在发酵末期与糖的转运有关。而 HXT3
受葡萄糖浓度的调节很微弱，它也是唯一的在整个
发酵过程中一直被表达的载体蛋白，在生长停滞期
有最大量的表达，在稳定期缓慢降低，所以 Hxt3p
蛋白被认为是葡萄酒发酵过程中最稳定最重要的转
运体［6，8］。在葡萄酒发酵后期，提高果糖的转运效
率对预防发酵速率降低及发酵中止发挥着非常重要
的作用。因此，不同酿酒酵母 HXT3 基因所表达的
转运体是否存在差异，是否具有不同的果糖转运效
率，有待进一步研究。
2.2 乙醇的影响
乙醇也是影响果糖利用的重要因素。乙醇能抑
制糖的转运和利用，因为乙醇具有蛋白变性的特点，
会扰乱质膜上己糖转运蛋白体的功能。另外，由于
细胞膜通透性的增加，胞内酶的结构和活性也会受
损［20］。Berthels 等［17］发现高浓度乙醇能抑制糖的
利用，但对果糖的影响高于葡萄糖。这不仅能造成
葡萄糖与果糖转运的差异，也可能是发酵过程中果
糖难利用的原因之一。在此基础上，Zinnai 等［21］在
葡萄酒酒精发酵的模拟体系中，进一步分析了乙醇
对葡萄糖和果糖利用的动力学特征。结果表明，在
低乙醇浓度下，两者的代谢速率区别不大，两者具
有相同的限速步骤。当乙醇浓度增加时，葡萄糖的
代谢速率明显快于果糖的代谢速率，在此阶段，果
糖代谢的限速步骤与葡萄糖的不同，这可能是果糖
的转运体乙醇耐受性或果糖激酶活性大小有关。因
此，在解决发酵中止问题时，不仅要考虑其接入的
菌种乙醇耐受性，而且该菌种要求具有在乙醇胁迫
条件下高果糖的转运利用能力［22］。
2.3 温度的影响
酒精发酵所采用的温度直接影响着酵母的生长
和发酵持续的时间。在白葡萄酒和桃红葡萄酒的生
产过程中，通常采用低温（10-15℃）以降低芳香物
质的损失 ；在红葡萄酒的生产中，采用较高的温度
（18-30℃）以充分提取单宁和色素［23］。但是，温度
对葡萄糖和果糖利用差异的影响还不清楚。试验结
果表明，无论在低温还是高温发酵条件下，酿酒酵
母均表现出了嗜葡萄糖的特性。但在低温发酵时，
有些菌体在刚开始发酵时具有嗜果糖特性［24］。
3 展望
综上所述，酿酒酵母果糖利用特性不仅与酵母
本身的基因背景有关，而且还与发酵条件相关。尽
管胞内己糖激酶活性对果糖利用差异的影响仍存在
争议，但 HXT3 和 FSY1 己糖跨膜转运蛋白基因可
能是葡萄酒酿酒酵母果糖利用的关键基因。这些关
键基因有助于筛选和构建高果糖利用优良酿酒酵母。
今后仍需进一步扩大葡萄酒酿酒酵母果糖利用的关
键基因的认知，同时加强各种发酵条件对这些关键
基因调控方面的研究，为解决酒精发酵中止和发酵
不彻底的问题提供理论依据。
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（责任编辑 狄艳红）