Deciphering the enolase 1-centered metabolic hub in Debaryomyces hansenii to optimize saline fermentation of marine brown seaweed
本研究表明，中度盐度（0.4 M NaCl）通过烯醇化酶 1（Enolase 1）介导的代谢重编程优化了海带（*Laminaria japonica*）经着色酵母（*Debaryomyces hansenii*）进行的发酵过程，该过程同时增强了多糖水解、降低了黏度，并通过细胞壁生物吸附作用使发酵液脱色。
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海藻長期以來被公認為營養的寶庫，富含能對抗炎症並支持心臟健康的化合物。然而，將這種海洋資源轉化為可用的食品原料面臨著兩個頑固的障礙。首先，當海藻經過加工時，會變成一種厚重、黏稠的液體，難以泵送或混合到產品中。其次，提取物保留了深沉且不吸引人的褐色，降低了感官接受度。傳統的解決方法通常依賴於強烈的化學物質或極端熱處理，而這可能會破壞人們想要保留的營養成分。科學家們向自然尋求更溫和的解決方案，轉向發酵——即微生物分解食物的過程。然而，大多數常見的發酵啟動菌無法在海藻的高鹽環境中生存，這在海洋的潛力與工廠生產的現實之間留下了一道鴻溝。
國立臺灣海洋大學的研究人員致力於研究一種特定的酵母菌——漢森德氏釀酒酵母（Debaryomyces hansenii），旨在彌合這一差距，這種酵母天生能在高鹽條件下茁壯成長。他們想觀察這種耐鹽的微生物是否不僅能生存，還能實際改善巨型海帶（Laminaria japonica，一種具有商業價值的褐藻）的加工過程。團隊在三種不同的環境中測試了這種酵母：淡水、中度鹽溶液以及高鹽溶液。他們的目標是找到精確的條件，使酵母能最有效地分解海藻的堅硬結構、降低其黏稠度並去除其深色，同時了解酵母內部使其能夠實現這些功能的分子機制。
結果顯示，適量的鹽是釋放酵母全部潛力的關鍵。當酵母在含有每升 0.4 摩爾鹽的溶液中生長時，其表現明顯優於淡水或高鹽濃度環境。在這個「甜蜜點」中，酵母就像一個強大的生物攪拌機，分解海藻的細胞壁，並將厚重黏稠的提取物轉化為更容易處理的稀薄液體。這個過程釋放了最高含量的總糖和可溶性膳食纖維，這些都是食品產品中的珍貴營養素。同時，酵母以極快的速度消耗了特定的糖類（如葡萄糖和褐藻糖，fucose），這表明它正在積極地攝取海藻的組成成分。
或許最令人驚嘆的視覺變化發生在液體的顏色上。在無鹽的對照組中，溶液保持深色且不透明。然而，在中度鹽度環境下，液體變得清澈且色澤淺淡。研究人員觀察到，酵母細胞並未從化學上破壞導致褐色的色素。相反，鹽分的壓力導致酵母改變了其外殼的質地。這種改變後的表面就像磁鐵一樣，物理性地將海藻色素捕捉在酵母細胞的外側。隨著酵母的生長，它將顏色從液體中吸出，並將其固定在菌落周圍的環狀區域，有效地在不使用任何化學藥劑的情況下對液體進行了「漂白」。這種生物吸附過程將提取物的黃色降低了約 83%，使最終產品適用於透明飲料和淺色食品。
為了理解酵母是如何完成這些任務，科學家觀察了細胞內部哪些蛋白質處於活躍狀態。他們發現酵母的內部運作遵循特定的模式：隨著鹽分的加入，有 469 種蛋白質的活性增加，在 0.4 摩爾的中度鹽水平達到峰值，然後在鹽分過高時下降。這種「先升後降」的模式表明，中度的鹽度觸發了一個代謝開關，將酵母推入了一個專注於生長和酶產生的高產量狀態，而高鹽度則迫使酵母進入了保存能量的生存模式。
研究鑑定出一種名為 Enolase 1 的單一蛋白質，它是這一反應的核心指揮官。該蛋白質扮演著樞紐的角色，協調從糖分分解到維持細胞結構以及修復其他蛋白質的能量流動。通過將酵母的能量供應與其改造細胞壁及管理內部鹽度的能力相連，Enolase 1 使該生物能夠同時進行消化海藻和隔離色素。研究表明，通過精確調節鹽濃度，可以引導這種酵母同時執行多項有益任務，為將海藻轉化為高價值原料提供了一種綠色且高效的方法。
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