紫外诱变驯化提高酿酒酵母木糖发酵的抑制物耐受性

利用驯化和紫外处理结合驯化的手段对一株木糖发酵工业菌株的抑制物耐受性进行提升。在反复批次培养过程中不断提高含9种抑制物的混合抑制物浓度,使细胞的生长和发酵逐渐适应高浓度抑制物环境,分离突变菌株并进行评价。紫外处理结合驯化比直接驯化能更有效的提升细胞对高浓度抑制物的耐受能力;通过突变菌株分离和筛选,获得3株抑制物耐受能力高于出发菌株的突变菌株,它们在抑制物浓度100%MI(甲酸1 g/L,乙酸3.5 g/L,乙酰丙酸1.5 g/L,糠醛1.5 g/L,5-羟甲基糠醛1.5g/L,丁香醛0.1 g/L,香草醛0.1 g/L,松柏醛0.025 g/L,肉桂酸0.025 g/L)条件下的木糖消耗率比出发菌株高出11.3%-23.2%。紫外诱变处理结合驯化过程可以有效提高酿酒酵母对混合抑制物的耐受性。

酿酒酵母对木质纤维素水解液抑制物耐受性的研究进展

在木质纤维素转化为燃料乙醇的过程中,预处理产生的多种抑制物对酿酒酵母产生毒害作用,抑制细胞内相关代谢关键酶的活性,影响细胞生长和发酵过程,降低发酵过程中糖的转化率。该文介绍了木质纤维素常用的三种预处理方式及在不同预处理过程中抑制物形成的规律和作用机制,对提高酿酒酵母耐受性的方法进行了综述,并展望了未来通过基因工程和代谢工程相互耦合共同提高酿酒酵母性能的研究趋势,为提高酿酒酵母抑制物耐受性和纤维素乙醇发酵效率提供参考和借鉴。

木糖发酵酿酒酵母抑制物耐受能力提升及利用秸秆原料的乙醇发酵性能

木糖利用能力和抑制物耐受能力优良的工业酿酒酵母菌株以及合理的糖化发酵工艺是纤维素燃料乙醇生产的两个关键.对一株工业酿酒酵母菌的磷酸戊糖途径转醛醇酶基因TAL1进行差异过表达,评价其在8种典型抑制物存在时对菌株利用木糖的影响;利用TAL1过表达菌株研究油菜秸秆预处理物料中抑制物含量高低对分步糖化发酵（SHF）、预糖化-同步糖化发酵（P-SSF）和同步糖化发酵（SSF）3种不同糖化发酵方式发酵过程的影响,探讨高固含量发酵的可行性.结果显示,TAL1基因过表达提高了菌株的木糖代谢能力和对8种典型抑制物的耐受能力,适度过表达菌株表现最优,有抑制物存在时的木糖消耗速率提升了20%-70%.秸秆预处理物料中抑制物总含量约为4 g/L时,SHF无法正常发酵,SSF的乙醇收率接近70%,略高于P-SSF;当物料中抑制物总含量下降到约2 g/L时,3种方式都能顺利发酵,SSF表现最优,96 h时的乙醇收率为86.5%,但SSF（96 h）和P-SSF（112 h）所需糖化发酵总时间远低于SHF（144 h）;总固含量约为25%的分批补料-同步糖化发酵（FB-SSF）的乙醇浓度和乙醇收率分别达到54.2 g/L和67.2%.上述结果表明,TAL1基因适度过表达提升了菌株的木糖发酵和抑制物耐受能力,菌株已具备比较优秀的发酵和耐受抑制物的能力;预处理物料中抑制物含量相对较高时采用SSF或P-SSF工艺,而抑制物浓度相对较低时,3种糖化发酵方式都可以采用,但SSF所需发酵时间最短,生产能力最高.

基于等离子体诱变提高木糖利用重组酿酒酵母的抑制物耐受性

木质纤维素原料预处理过程中产生的各种抑制物是燃料乙醇生产的一大障碍,因此要求酿酒酵母菌株具有优良的抑制物耐受能力.相比葡萄糖发酵,酿酒酵母利用木糖的发酵过程对抑制物更敏感.针对一株具有良好木糖发酵能力的絮凝性工业重组酿酒酵母菌株s6,进行常压室温等离子体(Atmospheric and Room Temperature Plasma,ARTP)诱变,通过平板初筛和发酵复筛,获得一株抑制物耐受性得到显著提升的突变菌株335.与出发菌株s6相比,在含单一抑制物(4.8 g/L乙酸,1.9 g/L 5-羟甲基糠醛,0.46 g/L香草醛)的发酵条件下,突变菌株335利用木糖发酵时的乙醇浓度分别提高了55.0%、13.7%和35.0%,在含混合抑制物(2.4 g/L乙酸+1.3 g/L 5-羟甲基糠醛+0.23 g/L香草醛)的发酵条件下的乙醇浓度提高了37.2%.突变菌株335能够利用含高浓度抑制物的秸秆水解液进行发酵,表现出优良的抑制物耐受能力.本研究结果表明ARTP诱变是获得优良抑制物耐受突变菌株的一种有效手段,突变菌株335对单一抑制物以及混合抑制物均具有较好的耐受能力,具有工业应用潜力.

秸秆基乳酸微生物细胞工厂研究进展

随着严格“限塑令”的实行和人们环保意识的日益加深,生物可降解材料的生产和使用成为促进社会可持续发展的一大趋势。乳酸,作为聚乳酸材料的生产原料,市场需求量与日俱增,其生产成本极大程度制约着聚乳酸可降解材料的大规模应用。寻找廉价且可再生的大宗乳酸发酵生产原料是一大研究热点,受到广泛关注。综述了通过微生物发酵生产乳酸的研究进展,首先介绍了各类乳酸微生物细胞工厂代谢途径的构建,对微生物以各类秸秆为原料生产乳酸及发酵工艺和策略进行了系统地阐述,其次,对以秸秆基原料生产乳酸面临的主要挑战及解决办法进行了总结。最后,对以秸秆为原料生产乳酸的研究方向进行了展望。

混合糖发酵条件下甲酸抑制木糖发酵的机制

纤维素燃料乙醇生产面临的一个重要问题是纤维素原料预处理过程中产生多种副产物会显著抑制酿酒酵母的生长繁殖和发酵,其主要成分弱酸类中甲酸被认为具有最强的抑制效应.为了解工业酿酒酵母混合糖发酵时木糖利用被甲酸特异性显著抑制的机制,为发酵菌株的抑制物耐受育种提供依据,以乙酸存在条件下的发酵为对照,研究甲酸存在条件下菌株分别发酵混合糖和单独木糖时的发酵性能以及糖代谢相关基因的表达差异、葡萄糖浓度对菌株发酵木糖和木糖代谢基因表达的影响,同时研究甲酸存在条件下葡萄糖代谢产物乙酸和乙醇对菌株发酵木糖的影响以及混合糖和单独木糖发酵过程中甲酸浓度变化和甲酸脱氢酶基因FDH1转录情况.结果显示:葡萄糖只有在甲酸存在条件下才特异性地显著抑制木糖发酵,木糖消耗速率的下降与木糖还原酶(XR)和木糖醇脱氢酶(XDH)酶活下降有关;单独木糖发酵时,只有当乙酸、乙醇和甲酸共存时才表现出抑制效应,且随乙醇浓度增加抑制效应越明显,木糖发酵被抑制与XDH酶活下降有关,但乙酸、乙醇和甲酸三者对木糖发酵的协同抑制效应明显弱于60 g/L葡萄糖存在时的抑制;混合糖发酵时FDH1基因转录被抑制导致甲酸分解缓慢,对甲酸存在条件下木糖发酵被抑制有部分贡献.综上,葡萄糖抑制甲酸分解与葡萄糖代谢产物乙酸、乙醇和甲酸的协同抑制对混合糖发酵时甲酸对木糖发酵特异性显著抑制有贡献,但尚存在其他未知抑制机制,还需进一步深入研究.