全 文 ：压力对酵母菌及其海藻糖生成的影响
范志华，贾士儒，乔长晟!
（天津科技大学 生化工程研究室，天津 !""###）
摘 要：酵母菌海藻糖是其在培养条件发生“恶劣”变化时生成的一种应激代谢产物。当压力在 "$ % & ’$ " ()*时，
酵母菌海藻糖含量为 +$% ,- . -，较对照提高 #/0。确定压力提高酵母海藻糖的最适条件为：采用复合培养基，菌体
前培养时间 #" 1，压力 ’2" ()*、加压温度 !34，56+2"，升降压速度为 "2’" ()* . ,78，加压培养 ! 1，此时，酵母海藻糖
含量达到 ’’ ,- . -。
关键词：压力；酵母菌；海藻糖
中图分类号： 9:;#" 文献标识码： < 文章编号：’+/#=!+/>（#""3）"#=""!+="%
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海藻糖是由 #个呋喃环葡萄糖分子通过半缩醛
羟基以!!=’，’糖苷键结合的一种非还原性双糖，分
子式为 H’#6##G’’·#6#G［’］。自然界中常见海藻糖为
!，!=型，其它两种同分异构体!，"=型和"，"=型较为
少见［#］。自 ’>%!年由 [7--JFI氏从黑麦的麦角菌中
获得以来，后来发现在自然界的动植物和微生物中
广泛存在，尤其是酵母、霉菌等真菌［!］。
海藻糖是稳定性好的天然双糖，不使斐林试剂
还原变色，也不与氨基酸和蛋白质等发生美拉德反
应，其最奇特的功能特性是它的非特异性保护功
能［3］。大量的研究证据表明，某些物种对外界恶劣
环境所表现出的抗逆耐性均和其体内存在的海藻糖
有关［%］。海藻糖在食品、分子生物学、生物医药制
剂、农业等方面都显示出其特异性的优越性，如抗干
! 收稿日期：#""3="!=’#
基金项目：国家自然科学基金资助（编号：#"’/+"3’）
作者简介：范志华（’;/#=），男，天津市人，硕士研究生
联系人：贾士儒（’;%3=），男，天津市人，博士，教授，博士生导师，研究方向：生物反应工程；天津科技大学 >!信箱，邮政编码：!""###
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·!+·
生 物 加 工 过 程
H178JIJ CLBF8*N LW K7L5FLMJII O8-78JJF78-
第 #卷第 #期
#""3年 %月
万方数据
燥食品，各种工具酶、抗体、细胞器和生物试剂的保
存，疫苗、激素、血液制品、载药脂质体和活菌制剂的
保存及运输，抗旱、抗寒、耐盐等耐性强的农作物新
品种的开发［! " #$］。
酵母海藻糖是酵母菌体在外部培养条件发生
“恶劣”变化时生成的一种应激性代谢产物。但是由
于生产成本高，利用酵母菌发酵生产海藻糖还较难
实现工业化。关于酵母菌海藻糖的研究更多的是从
应激性代谢产物的角度开展工作的。目前，对酵母
菌的刺激条件研究较多的是“饥饿”培养法、高温、高
渗透压以及异常 %&值等条件刺激［#’］。一般，进行
高压下微生物研究主要是进行杀菌［#(］，实际上，控
制好一定的压力，有助于改善微生物的活性。为此，
本文在进行高压对面包酵母活性［#)］及其海藻糖生
成的初步研究［#!］的基础上，探讨了压力对酵母菌及
其海藻糖生物合成的影响。
! 材料与方法
#*# 材料
菌种：面包酵母（!"##$"%&’(#)* #)%)+,*,")）由本研
究室保存。
发酵培养基（+ , -）：蛋白胨 $.、葡萄糖 (.、酵母
膏 #.、硫酸镁 #*.、磷酸二氢钾 #*.，%&!*.。
/012培养基（+ , -）：葡萄糖 $.；酵母膏 #.；蛋白
胨 $.；%&值 !*.。
复合培养基（+ , -）：葡萄糖 (.；酵母膏 #.；蛋白
胨 $.；硫酸镁 #*.；磷酸二氢钾 #*.；%&!*.。
麦芽汁培养基：##.3456 麦芽汁 %& 值自然，
##)7灭菌 $. 859。
海藻糖标准品：从 :5+8; 公司购得。其它试剂
均为分析纯。
#*$ 反应装置
见参考文献［#)］。
#*’ 海藻糖的提取及测定
.*) 8<= , -的冷三氯乙酸提取，硫酸 >蒽酮显色
法［#? " #@］。
#*( 菌体量的测定
干重法。
#*) 微生物培养过程
将斜面活化的酵母菌转接到装有 #.. 8-发酵
培养基的 ).. 8-三角瓶中，旋转摇床培养 $. A后，
将一定量酵母发酵液移入高压反应釜中，搅拌转速
为 #$. 4 , 859，在所需压力下培养一定时间后，取出
发酵液进行分析。
" 结果与讨论
$*# 压力对酵母活性及其合成海藻糖的影响
将 #.. 8-酵母培养液置于高压反应釜内，利用
BC$加压至一定压力下，反应 $ A，降压后测定结果
见图 #。升高压力对酵母菌生长及其积累海藻糖有
显著影响，随着压力的增加，菌体量（图中 - 表示）
明显下降，当压力值为 #*. D1;时，加压的样品较对
照组的海藻糖含量（图中 ./ 表示）提高了约为
$?E。但是，进一步增加压力，酵母菌积累海藻糖的
能力反而降低。由于积累海藻糖本身就是酵母菌对
外界刺激条件所产生的应激性代谢产物，因此，对于
一定的压力刺激，菌体积累海藻糖，与此同时，如前
文［#)］已证明的 %&值是导致酵母细胞在高压下死亡
的主要原因。随着 BC$ 压力的增大，发酵液的 %&
值迅速减低，由于压力和 %&值的双重影响，所以，
当压力为 .*) " #*. D1; 时，对酵母菌海藻糖产量
（图中 . 表示）的影响最为明显。
—!—-；—"—./；—#—.
图 # 压力对酵母菌海藻糖生物合成的影响
F5+*# 0GGHIJ $*$ 加压时间对酵母菌产海藻糖的影响
高压反应釜内 BC$ 压力设为 #*. D1;，酵母菌
活性及其生成海藻糖的量随时间的变化如图 $。随
着时间增加，在 ’ A时酵母菌细胞内积累海藻糖的
含量达到最大值 O*?$ 8+ , +菌体干重。时间超过 ’
A，由于 BC$高压及其导致的 %&值下降使酵母菌体
致死率升高，菌体积累海藻糖的能力下降。时间在
’ A以内时，虽然酵母菌体活菌率较高，但可能由于
$..(年 )月 范志华等：压力对酵母菌及其海藻糖生成的影响 ·’?·
万方数据
酵母菌体还没有完成对应“恶劣”条件的准备，因此，
积累海藻糖的量不高。
—!—!；—"—"#；—#—"
图 ! 加压时间对酵母菌海藻糖生物合成的影响
"#$%! &’’()* +’ ,-(..#/$ *#0( +/ *-(123+.( 4#+.5/*1(.#. +’ $ %
%&’&()*)+&
!%6 温度对酵母菌产海藻糖的影响
生物培养中温度是这些反应的必需条件，温度
的高低直接影响到微生物细胞的活性。图 6给出了
78!压力为 9%: ;<2，反应时间为 6 1 的条件下，温
度对酵母细胞活性及其积累海藻糖的影响。随着反
应温度的上升，酵母菌胞内海藻糖的含量不断提高，
当反应温度为 6=>时，胞内海藻糖的含量达到最大
值为 99%6? 0$ @ $ 菌体干重，当反应温度超过 6=>
时，其含量即出现降低。原因可能是在 9%: ;<2的
78!压力和 6=>的反应温度条件下，酵母菌细胞活
力最大，相应的合成代谢途径中海藻糖合成酶活力
也最大。
—!—!；—"—"#；—#—"
图 6 反应温度对酵母菌海藻糖生物合成的影响
"#$%6 &’’()* +’ ,-+)(..#/$ *(0,(-2*A-( +/ *-(123+.( 4#+.5/*1(.#. +’
$ % %&’&()*)+&
!%= ,B值对酵母菌产海藻糖的影响
高压反应釜中通入 78! 后，由于 78! 会部分溶
解发酵液中，使其 ,B值下降，影响酵母菌活性。为
此，调整加入发酵液 ,B值，以观察不同 ,B值对酵
母菌积累胞内海藻糖的影响，从图 = 可知，随着 ,B
值不断升高，酵母菌胞内海藻糖的含量逐渐增加；当
,B值为 C%:时，达到最大值 99%9C 0$ @ $菌体干重；
当 ,B值超过 C%:时，胞内海藻糖的含量逐渐减少，
当 ,B值为 D%:时，下降迅速。其原因可能是当 ,B
值为 C%:时，溶液的酸碱性能够中和由于 78! 溶解
于其中而造成的 ,B值降低，使细胞处于积累海藻
糖的最佳 ,B 值状态，因此胞内海藻糖含量最高。
,B值过低不能完全解除 ,B值对细胞积累海藻糖
的不利影响，,B值过高则又抑制了细胞的生理活
性。
—!—!；—"—"#；—#—"
图 = ,B值对酵母菌海藻糖生物合成的影响
"#$%= &’’()* +’ ,B E23A( +/ *-(123+.( 4#+.5/*1(.#. +’ $ % %&’&()*)+&
!%F 升降压速率对酵母菌产海藻糖的影响
影响酵母菌活性及其生成海藻糖的主要因素除
了压力和 ,B值外，活细胞对外界环境压力变化的
适应性问题也是很重要的因素。图 F给出了不同升
降压速率对于酵母菌活性及其产海藻糖的影响。当
升降压速率较小时，升降压速率对酵母菌细胞积累
合成海藻糖的影响相对较小，随升降压速率增大，酵
母菌胞内海藻糖的含量明显减小。
分析其原因可能是升降压速率小于 :%9: ;<2 @
0#/时，压力改变的速率刺激菌体产生应激性反应，
使菌体代谢途径过程中海藻糖合成酶活性增强，抑
制了分解酶的活性。此时，菌体细胞可以更好的通
过调节自身的自适应系统使其内外的压力达到平
衡。但是，当升降压速率超过该值时，大量细胞难以
·6G· 生物加工过程 第 !卷第 !期
万方数据
快速维持内外压力平衡而破裂死亡，从而降低了胞
内海藻糖的含量。另外，压力的突然变化，也可能导
致细胞结构和代谢途径的某些变化，如细胞膜的通
透性等，或使菌体代谢途径过程中某些酶的基因缺
失或被激活等。
—!—!；—"—"#；—#—"
图 ! 升降压速率对酵母菌海藻糖生物合成的影响
"#$%! &’’()* +’ ,-(..#/$ +- 0(,-(..#/$ -1*(.（234）+/ *-(516+.(
7#+.8/*5(.#. +’ $ % %&’&()*)+&
9%: 前培养时间对酵母菌产海藻糖的影响
图 :给出了前培养时间对菌体细胞积累海藻糖
的过程影响。随着不同处理前培养时间的增加，酵
母菌细胞内的海藻糖含量逐渐增加，超过 9; 5 之
后，培养时间再增加，而胞内海藻糖含量却减少。即
扩大培养的面包酵母培养 9; 5，在一定条件下进行
高压处理，酵母菌细胞内海藻糖含量达到最大值。
这说明酵母菌胞内海藻糖的积累与菌体所处的不同
生长阶段有一定的关系。一般情况下，酵母菌培养
在第 ! 5左右开始进入对数生长期，细胞生长速度
快，而海藻糖含量很低；在 9; 5之前，结束对数生长
期，葡萄糖基本消耗完全，细胞的生长趋于稳定，菌
体量达到最大值，海藻糖大量积累，同时海藻糖合成
酶的活性也大大增强；9; 5之后，再进行高压处理，
菌体活性下降，积累海藻糖的能力以及相应的酶活
均有所降低。
9%< 培养基对酵母菌产海藻糖的影响
不同的培养基所含的营养成分有很大的不同，
同一微生物菌种在不同的培养基生长所吸收和利用
的营养物质也就有所不同，所产生和积累的代谢产
物也有所不同。尤其是在高压环境条件下，微生物
的生长和代谢活动均发生一定的变化，能够利用的
营养物质也可能发生一些变化。由图 <可知，在不
同的培养基中，同一菌种在相同的培养条件和压力
条件下，细胞积累的海藻糖含量不同，其中，以复合
培养基为最好。可能是该培养基中营养物质的浓度
和配比更好的适应于酵母菌的代谢活动，其中无机
盐离子的浓度可能较好地激活海藻糖合成酶的活
性。
—!—!；—"—"#；—#—"
图 : 前培养时间对酵母菌产海藻的影响
"#$%: &’’()* +’ ,-(=)>6*>-#/$ *#?(（2@A）+/ *-(516+.( 7#+.8/*5(.#.
+’ $ % %&’&()*)+&
B C D&23培养基；9 C复合培养基；E C麦芽汁培养基
图 < 培养基对酵母菌海藻糖生物合成的影响
"#$%< &’’()* +’ )>6*>-( ?(0#>? +/ *-(516+.( 7#+.8/*5(.#. +’ $ %
%&’&()*)+&
! 结论
分析以上试验结果，可以知道，酵母菌胞内海藻
糖含量受到多种因素的显著影响。这些影响因素，
一方面可以提高酵母菌胞内海藻糖含量，例如适当
增加压力，海藻糖含量明显增加（图 B）；另一方面，
具有相反的影响作用，压力超过 B%; F21时，海藻糖
9;;G年 !月 范志华等：压力对酵母菌及其海藻糖生成的影响 ·EH·
万方数据
含量明显下降，同时酵母菌活力急剧下降。这恰恰
表明了海藻糖是酵母菌的应激代谢物。虽然利用酵
母菌生产海藻糖成本过高，但是，如果在啤酒生产过
程中能够确保酵母菌的活性，即确保完整的均有活
性的细胞的话，作为一种副产物生产将是具有竞争
意义的。
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