定向进化Rho1提高酿酒酵母的乙醇耐受性和超高浓度乙醇发酵性能

燃料乙醇发酵过程中酿酒酵母细胞活性被高浓度乙醇严重抑制而导致发酵提前终止,生产强度严重降低,因此构建同时具有高耐受性、高发酵性能的菌株一直是发酵工业追求的目标。选取酿酒酵母细胞形态调节关键基因小GTP酶家族成员Rho1,构建易错PCR产物文库,以酿酒酵母S288c为出发菌株采取“富集-自然生长-复筛”的筛选策略,成功筛选得到两株乙醇胁迫耐受性与发酵性能均提高的突变株M2和M5。测序发现突变株过表达的Rho1序列出现了3~5个氨基酸的突变和大片段的缺失突变。以300 g/L起始葡萄糖进行乙醇发酵,72 h时,M2和M5的乙醇滴度比对照菌株分别提高了19.4%和22.3%,超高浓度乙醇发酵能力显著提高。本研究为利用蛋白定向进化方法改良酵母菌复杂表型提供了新的作用靶点。

超高浓度乙醇连续发酵体系振荡行为诱发因素研究

超高浓度(Very high gravity,VHG)发酵可以显著提高发酵终点乙醇浓度,节省精馏能耗,同时减少废糟液量。然而,酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)VHG乙醇连续发酵过程中生物量、乙醇、残糖浓度等发酵参数呈现长周期、大振幅的振荡行为,不仅严重影响系统的乙醇发酵性能,而且不利于下游精馏装置的稳定运行。本研究比较三株不同乙醇耐受性的酵母菌株的VHG乙醇连续发酵行为,发现乙醇耐受性强的S.cerevisiae BHL01和S.cerevisiae 4126体系呈现周期性振荡行为,而乙醇耐受性差的S.cerevisiae S288c体系则未观察到振荡行为。此外,通过对低糖稳态体系外源施加乙醇胁迫发现,细胞耐受范围内的外源乙醇胁迫可以诱发周期性的振荡行为。另一方面,本研究考察了培养基组成和供氧对周期性VHG振荡行为的影响,结果表明,切换合成培养基或停止供氧后,振荡行为逐渐衰减,表明周期性VHG振荡行为需要能量和营养维持。综合实验结果,本研究提出VHG振荡行为是比生长速率、比死亡速率、稀释速率和细胞乙醇耐受性整体调控的结果。