近年来，合成生物学的快速发展为生物技术成果的转化提供了动力。利用生物技术可以合成或产生自然界比较匮乏的物质，不污染环境，符合国家可持续发展的需求。利用微生物发酵技术，结合基因工程和合成生物学等学科，根据对目标产物的需求，选择具有良好生长和发酵性能的菌株，选择合适的培养条件，进行微生物发酵代谢，通过离心、浓缩等分离纯化手段获得目标产物。酿酒酵母的形态简单、安全性较高，可作为一种出发菌株在生物产物合成中应用。普通生物技术发酵能耗大、产物获得率较低，造成原料大量浪费。因此，需要对发酵过程进行优化，提高发酵原料的利用率，从而提高目标产物的含量，达到节约生产成本和提高产品质量的目的。因此，研究酿酒酵母高密度发酵技术可以解决实际生产中的诸多问题。1酿酒酵母1.1酿酒酵母概述酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）是一种单细胞的真核微生物，其形态较大。常用酵母大小为1~5 μm或5~20 μm，大多为球形、椭圆形等[1]，具有良好的生长性能和发酵性[2]。酿酒酵母生长过程中所需营养物质简单、生长周期短、细胞代谢快；发酵过程中对胁迫环境的耐受性较好[3]，受到温度、pH值等胁迫压力时，仍有较好的发酵表现，可以代谢较多的代谢产物，发酵周期短，多应用于生物产业的生产过程中[4]。1.2酿酒酵母发酵技术酿酒酵母是具有吸引力的底盘细胞，可以在低pH值和各种恶劣环境条件下生长。酿酒酵母全基因组测序较为完整[5]，作为工程菌株，通过微生物发酵技术，产生一系列代谢产物[6]。酿酒酵母发酵技术是以酿酒酵母作为工程菌株，选择合适的培养基，即碳源、氮源、无机盐和其他营养因子等物质进行发酵，通过生长发酵，产生大量的酿酒酵母菌体，也会产生大量的代谢产物[7]。酿酒酵母安全性高，可以用作宿主表达外源基因，将其作为一种细胞工厂，生产药物、抗氧化剂、乙醇和饲料添加剂等各种物质，实现生物产业的蓬勃发展。研究表明，酿酒酵母的代谢物有助于治疗疾病等作用[8]，成为目前研究的热点[9-10]。2高密度发酵技术2.1高密度发酵技术概述高密度发酵又称高细胞密度发酵，是指在普通发酵基础上，通过调控发酵条件，优化菌种培养条件。菌种大量生长繁殖，产生更多代谢产物的技术[11]。微生物发酵过程中，高密度发酵技术的应用逐渐趋于广泛。通常情况下，发酵过程中，认为发酵液密度20~200 g/L为高密度发酵。但微生物发酵过程会受到菌种本身、培养基、生产工艺的影响，实现高密度发酵并非易事，通过不断试验，了解菌种发酵性能，才能够实现高密度发酵[12-15]。2.2高密度发酵技术策略朱亭玉等[16]就影响酵母高密度发酵的各种因素进行概述，包括发酵菌株特性、生产工艺和培养基等因素。高密度发酵技术的策略见图1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.05.031.F001图1高密度发酵技术策略由图1可知，从菌株出发，保证其生长活性。菌株优化，有传统诱变方法，如紫外诱变、化学诱变等也存在基因工程的方法，使菌株具有良好的生长性能以及产生目标代谢产物的能力。良好的菌株需要优质的培养基，确保菌株生长和发酵过程中能量的供应，通过单因素试验和正交试验，确定菌株培养基的配方。优化发酵工艺，注意温度、pH值、溶氧、搅拌等基本参数。高密度发酵通常选择补料，一般为分批补料和连续补料。分批补料过程，可以通过pH值、残糖含量等参数反馈控制补料[17-20]。3酿酒酵母高密度发酵技术研究进展高密度发酵技术除降本增效外，还可以提高原料的利用率，减小能源的消耗，降低环境污染[21]。菌株、培养基、生产工艺等单一因素的变化均可影响高密度发酵技术的结果，影响产物的生成量和菌株生长稳定性[22]。利用酿酒酵母高密度发酵技术可生产诸多产物。3.1酿酒酵母高密度发酵技术在动物营养中的应用研究利用酿酒酵母高密度发酵技术可以生产酵母培养物，而酵母培养物可以作为单一饲料原料在动物生产中的应用也越来越广泛，可以在反刍、单胃、禽和水产等动物养殖中应用[23-25]。Alugongo等[26]研究酿酒酵母高密度发酵产品对犊牛生产性能和健康的影响，结果表明，饲喂该产品可以降低犊牛腹泻率。任建存等[27]研究高密度发酵法生产的酵母培养物对奶山羊采食量、产奶量、奶品质和经济效益的影响，结果表明，高密度发酵的酵母培养物可以提高奶山羊的日平均产奶量，有助于提升山羊采食量；饲喂高密度发酵酵母培养物，奶山羊平均产奶量提高0.48 kg/d，每只羊经济效益增加2.44元/d。李琛等[28]研究高密度发酵酵母培养物对泌乳初期奶牛泌乳性能、血清生化指标和表观消化率的影响，结果显示，与对照组相比，高密度发酵的酵母培养物可以提高泌乳初期奶牛乳产量和乳脂产量，降低乳中体细胞数。赵国宏等[29]研究饲粮中添加不同水平酵母培养物对育肥湖羊生长性能、屠宰性能、内脏器官发育及肉品质的影响，结果表明，饲粮中添加酵母培养物对育肥湖羊屠宰性能及肉品质无改善作用，饲粮中添加10 g/d的酵母培养物可以提高湖羊育肥后期的生长性能。黄文明等[30]研究饲粮中添加酵母培养物对育肥牛生长性能、屠宰性能及肉品质的影响，研究表明，饲喂前期，添加150 g/d酵母培养物可以提高肉牛的生长性能，改善牛肉的品质；饲喂后期，添加150 g/d酵母培养物可以改善牛肉品质。Xiao等[31]研究发酵剂和牛奶中的酿酒酵母发酵产物对犊牛的瘤胃发酵、胃肠道形态和微生物群落的影响，结果表明，酿酒酵母发酵产物能够改善胃肠道形态。谢颖等[32]探究饲粮中添加不同水平酵母培养物对0~4周龄四川白鹅生长性能、血清代谢和抗氧化指标的影响，结果显示，与对照组相比，饲粮中添加0.5%~4.0%酵母培养物可不同程度改善四川白鹅的生长性能、血清代谢指标和抗氧化能力。程鑫等[33]研究饲料中添加酵母培养物对黄颡鱼生长性能、非特异性免疫和肠道健康的影响，结果显示，饲料中添加酵母培养物，可以降低黄颡鱼机体对抗嗜水气单胞菌的感染概率，增强机体免疫能力，维持肠道健康。汪芳等[34]研究酿酒酵母S. cerevisiae YQ-7发酵的最佳培养基和调整了补料策略，待发酵结束，使生物量达到49.47 g/L。应用酿酒酵母高密度发酵技术可以生产谷胱甘肽（GSH），可以在动物饲料中应用，起抗氧化作用。GSH可以作为一种抗氧化剂，清除动物机体内多余的自由基。GSH还具有免疫功能，对维持动物机体免疫环境稳定起巨大作用。此外，GSH还具有解毒的功能，可以与机体有害物质结合，促进机体排出体内，从而达到解毒的作用。熊智强[35]在生产还原型谷胱甘肽，利用呼吸商（RQ）反馈控制技术建立高密度补料发酵生产GSH过程，结果发现，优化后能够提高GSH产量和胞内GSH含量的发酵。冯年群[36]通过酿酒酵母发酵生产谷胱甘肽，使用单因素试验和正交试验确定发酵培养时的最佳碳氮源，选择葡萄糖+糖蜜（2∶1）为碳源，无机氮源为磷酸氢二铵，有机氮源为玉米浆；试验选择指数流加的方式进行补料，使得GSH产量达到最大。Guo等[37]利用酿酒酵母高密度发酵提高核酸含量，结果发现，核酸在动物饲料中应用可以提高饲料的风味，增加饲料的适口性，起诱食的作用。高含量核酸可以起免疫作用，增强动物免疫力。3.2酿酒酵母高密度发酵技术其他方面的应用研究酿酒酵母高密度发酵技术可以在医药、食品等各种产物的合成中应用。Shang等[38]研究酿酒酵母高密度发酵技术生产麦角甾醇时，选择在线监测乙醇浓度，反馈控制补加葡萄糖，麦角甾醇产量达1 500 mg/L。王杰鹏等[39]在利用酿酒酵母生产S-腺苷蛋氨酸时，通过改变前体物质L-蛋氨酸的补加策略，实现高密度发酵，使S-腺苷蛋氨酸的产量提升至产量为14.48 g/L。韩建帅[40]通过优化高密度发酵条件生产乙醇，使乙醇浓度提高22.47%。施明雨[41]采用酿酒酵母生产番茄红素，通过高密度发酵技术，使产量从13.23 mg/L提高至135.21 mg/L（10.2倍）。赵小丽等[42]为了确定酿酒酵母高密度发酵条件，选择糖蜜作为发酵碳源，进行单因素和正交试验，确定最佳发酵条件，使菌体干重达9.63 g/L。荣博涵等[43]在补料过程中，选择残糖反馈分批补料和连续流加补料的方式，进行3批试验，使菌体生物量分别达到28.88、27.43和22.06 g/L；通过连续流加补料，使最终生物量达29.29 g/L。俞灿等[44]选育高产核糖核酸的酿酒酵母，利用高密度发酵技术，最终使RNA含量达到8.11%。杜艳慧[45]以酿酒酵母作为生产菌株，培养基优化的基础上，通过流加腺嘌呤溶液实现酿酒酵母高密度发酵，检测细胞浓度达到96.71 g/L。吴伟鹏[46]通过分批补料的方式，使酿酒酵母产香叶基香叶醇的含量从0.183 g/L提高至1.86 g/L。冯瑞琪[47]为了提高异丁醇的产量，选择对基因工程菌株EMS39 V2V5V3O10进行高密度发酵，使异丁醇产量达2.795 g/L，与出发菌株相比，异丁醇产量提高1.6倍。虾青素是自然界中一种具有较强抗氧化能力的类胡萝卜素，为了提高虾青素的生产效率，周萍萍[48]对酿酒酵母进行基因工程改造，对获得菌株进行高密度发酵技术，使类胡萝卜素的产量也达505 mg/L。孙梦楚等[49]利用酿酒酵母作为底盘细胞生产β-香树脂醇，利用高密度发酵策略，使得β-香树脂醇的产量由10.3 mg/L提高至157.4 mg/L，提高了β-香树脂醇的生产效率。Shen等[50]构建了产生生育三烯酚的酿酒酵母。为解决细胞生长与生育三烯酚积累的矛盾，实现高密度发酵，设计了冷激式温控系统，高效控制两阶段发酵，使生育三烯酚产量达320 mg/L。4展望酿酒酵母是应用较为广泛的微生物发酵工程菌株。酿酒酵母高密度发酵技术的研究可以解决生产过程中诸如产量低、原料利用率低等问题，通常主要是通过生产工艺的优化实现高密度发酵，如选择不同的补料方式、调控补料速率，以此刺激目标产物的积累，从而实现高密度发酵。