Порча вина часто вызвана накоплением уксусной кислоты — соединения, ответственного за запах и кислый вкус уксуса. Как только уровень уксусной кислоты повышается, процесс брожения может остановиться, и вино может стать непригодным для питья.
Современные методы измерения уксусной кислоты основаны на лабораторных методах, таких как газовая хроматография и жидкостная хроматография, которые являются дорогостоящими, медленными и требуют использования жидких образцов. Эти ограничения затрудняют для винодельческих предприятий мониторинг процесса брожения в режиме реального времени и предотвращение негативных последствий до того, как будет нанесен ущерб.
Исследование, которое проводилось под руководством аспирантки Еврейского университета Юлии Мельник-Кеслер под руководством профессора Яэль Хелман в сотрудничестве с профессором Одедом Шосейовым и опубликовано в журнале Microbial Biotechnology, предлагает новаторскую систему мониторинга.
Для решения этой задачи команда создала живой биосенсор из генетически модифицированных бактерий, которые светятся в ответ на уксусную кислоту. В системе используется природный бактериальный регулятор YwbIR, первоначально обнаруженный в Bacillus subtilis, который после транскрипции в биосенсоре активирует ген, продуцирующий свет, при обнаружении уксусной кислоты. В присутствии уксусной кислоты биосенсор испускает измеримый люминесцентный сигнал, что позволяет точно количественно определить это соединение.
В лабораторных условиях биосенсор продемонстрировал сильную и линейную реакцию на концентрацию уксусной кислоты в диапазоне от 0 до 1 грамма на литр. Этот диапазон имеет решающее значение для виноделов, поскольку порча вина обычно начинается при концентрации приблизительно 0,7 грамма на литр. При таких концентрациях, способствующих порче, сигнал увеличивался в пять-восемь раз, обеспечивая четкое предупреждение задолго до того, как вино станет непригодным для употребления.
Одним из важнейших достижений является то, что датчик работает не только в жидкости, но и в воздухе над вином. Это означает, что он может обнаруживать летучую уксусную кислоту в свободном пространстве винной бутылки или бродильного резервуара, не открывая её. В ходе испытаний с коммерческими красными и белыми винами биосенсор успешно отличал обычное вино от вина, искусственно испорченного добавлением уксусной кислоты, демонстрируя заметное увеличение светового потока в течение двух часов.
В отличие от многих электронных или оптических датчиков, новый биосенсор остается надежным даже в условиях высокого содержания алкоголя. Он точно функционировал в винах с содержанием алкоголя до 14,5%, что обычно создает проблемы для традиционных систем обнаружения.
Помимо виноделия, исследователи считают, что эта технология может найти гораздо более широкое применение. Уксусная кислота является важным индикатором во многих отраслях промышленности, основанных на ферментации, включая производство продуктов питания и биотоплива. Она также становится биомаркером некоторых заболеваний, а это значит, что будущие версии биосенсора потенциально могут быть адаптированы для неинвазивной медицинской диагностики, такой как анализ дыхания.
«Эта система позволяет нам обнаруживать уксусную кислоту в режиме реального времени без сложного оборудования и обработки образцов. Она открывает возможности для доступного мониторинга качества ферментации на месте и в будущем может даже использоваться для медицинской диагностики на основе летучих биомаркеров», — подчеркивает доктор Хелман.
Источник: Hebrew University of Jerusalem.
На графике изображена разработка и чувствительность биосенсора E. coli W-YwbIR-Lux к уксусной кислоте. Источник: Microbial Biotechnology (2025). DOI: 10.1111/1751-7915.70267
