以色列科学家利用发光细菌实时检测葡萄酒变质情况

耶路撒冷希伯来大学（Hebrew University of Jerusalem）的研究人员开发出了一种新型生物传感器，可以帮助酿酒师在葡萄酒质量受到损害之前检测出变质情况。由博士生尤利娅-梅尔尼克-凯斯勒（Yulia Melnik-Kesler）领导、雅伊尔-赫尔曼（Yael Helman）教授指导的研究小组利用基因工程细菌创造了一种活体传感器，这种细菌在感知到醋酸时会发光，醋酸是导致葡萄酒变成醋的主要化学物质。他们的研究成果发表在《微生物生物技术》杂志上。

醋酸是葡萄酒变质的一个关键指标。当醋酸浓度在发酵过程中升高时，就会阻滞发酵过程，使葡萄酒产生难闻的酸味和气味。传统上，酿酒厂依靠气相或液相色谱法等实验室方法来测量醋酸含量。这些检测方法成本高、耗时长，而且需要从葡萄酒中取样，难以实时监控变化。

新型生物传感器提供了一种不同的方法。研究人员改造了细菌，使其含有一种名为 YwbIR 的天然调节剂，这种调节剂最初存在于枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）中。当这些细菌遇到醋酸时，YwbIR 会激活一个基因，使细菌发光。光的强度与存在的醋酸量相对应，从而提供了一个清晰而直接的信号。

在实验室实验中，生物传感器对每升 0 克到 1 克之间的醋酸浓度做出了强烈而可预测的反应--这个范围对酿酒师来说至关重要。当醋酸浓度达到每升 0.7 克左右时，葡萄酒通常会开始变质。在这些浓度下，细菌的光输出量会增加 5 到 8 倍，从而在葡萄酒无法饮用之前向生产商发出预警。

这项技术的一个显著特点是，它不仅能检测液体中的醋酸，还能检测酒瓶或发酵罐内葡萄酒上方空气中的醋酸，也就是所谓的 "顶空"。这意味着酿酒厂可以在不打开容器或干扰葡萄酒的情况下监测葡萄酒是否变质。在商用红葡萄酒和白葡萄酒的测试中，生物传感器通过测量光发射的变化，在两小时内就能区分正常样品和人工变质样品。

事实证明，该系统在高酒精度环境中也很稳定，能在酒精度高达 14.5% 的葡萄酒中准确工作。由于酒精会干扰传感器的读数，许多传统传感器在这种条件下都很难发挥作用。

虽然这项研究的重点是葡萄酒酿造，但研究小组相信，他们的生物传感器可以在依赖发酵的各行各业（如食品生产和生物燃料）中得到更广泛的应用。乙酸还被研究用作某些疾病的生物标志物，这使得这项技术的未来版本有可能用于呼吸分析等非侵入性医疗诊断。

"赫尔曼教授说："该系统使我们能够实时检测乙酸，无需复杂的设备或样本处理。"它为现场监测发酵质量打开了一扇经济实惠的大门，甚至可以支持基于挥发性生物标志物的医学诊断"。

这种生物传感器的开发可以帮助酿酒厂及早发现变质现象，避免在风味和质量方面造成代价高昂的损失。它还可以提供一种更简单、更经济的方法来替代目前的实验室检测方法，从而加强以发酵为基础的各种行业的质量控制。