燃料乙醇生產中提高酵母發酵能力方法概述

張譯之，王慧中

(四川大學建筑與環境學院，四川 成都 610065)

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燃料乙醇生產中提高酵母發酵能力方法概述

張譯之，王慧中

(四川大學建筑與環境學院，四川 成都 610065)

木質纖維素水解液含有許多抑制性物質降低了發酵效率，為了提高發酵效率，提高釀酒酵母耐受性，使之在環境迫脅條件下可以有效地進行發酵。本文對提高酵母發酵性能的方法進行概述。

燃料乙醇；酵母；耐受性

前言

木質纖維素水解液中主要有葡萄糖、木糖、半乳糖和阿拉伯糖，但酵母只能利用己糖發酵，降低生產效率[1]。微生物利用木質纖維素發酵產乙醇的過程中不利的因素大致分為三類，第一是溫度及pH不在酵母的最適范圍內。第二，木質纖維素水解糖化過程中產生的小分子環狀有毒化合物，對酵母的生長及發酵有抑制作用。第三，木質纖維素糖化發酵中高濃度糖和乙醇對酵母的生長發酵有抑制作用。我們只有通過提高酵母的耐受性，使之對各種環境迫脅條件的適應范圍提升，才能有效解決生產成本與生產效率的問題。

1 隨機突變

有研究通過反復紫外誘變且在含有木質纖維素水解液平板上進行篩選，得到了對該水解液有耐受性的酵母。該實驗中，經過三輪紫外誘變的酵母突變菌株可以在75%(v/v)的木質纖維素水解液中生長。突變子在60%的水解液中發酵，野生型發酵不進行。同樣是紫外誘變，又有人獲得了優秀的突變菌株在加入乙酸的合成培養基中，突變子可以在含8g/L乙酸中生長，野生型僅能在含7g/L乙酸中生長，但發酵性能優于突變子[2]。紫外誘變可以加快突變發生的概率，但突變的方向不確定，突變菌株在某些性能方面優于出發菌株，還需通過其他手段賦予突變菌株其他優良性能。

2 基因重組

有人利用原生質體融合技術將分別具有好的乙醇和抑制劑耐受菌株與高效利用木糖菌株融合，產生兼具兩者優勢的雜合子。將S.cerevisiae NCIM-3090分別與三種不同的戊糖發酵菌株S.shehatae NCIM-3500、P.tannophilus NCIM-3502和S.stipitis NCIM-3507融合得到可利用己糖和戊糖的菌株，對其進行發酵評價，三種雜合子在混合糖的發酵液中發酵性能均比出發菌株好，乙醇產率均高于出發菌株[3]。雜交和原生質體融合都可以快速獲得我們想要的菌株表現型，相比較隨機突變目的性較強，反復原生質體融合獲得的雜合子，性能可以快速改善，但它的染色體倍數很可能是不確定的，這樣的雜合子即使擁有了優良的性能，也很有可能在今后的傳代過程中丟失其性能，具有不穩定性。

3 代謝工程

釀酒酵母乙醇生產中提高釀酒酵母的乙醇耐受性是提高發酵效率的關鍵。ATH1是編碼酸性海藻糖的基因，海藻糖能穩定細胞膜和蛋白質，保護細胞抵御脅迫。有研究將ATH1基因分別與ADH1、CYC1和ATH1啟動子融合，插入到質粒中并導入釀酒酵母。含有ATH1基因的3株重組釀酒酵母菌的酸性海藻糖酶表達水平均有所降低，與出發菌相比，釀酒酵母重組菌的乙醇產量更高，乙醇生成速率也更快。所以說抑制海藻糖酶的表達水平可以提高釀酒酵母對乙醇的抗性[4]。傳統的代謝工程的確有目的性更明確的優點，但是這種方法也具有一定的局限性，微生物體內的代謝網絡是十分復雜的，我們在基因改造時會忽略了基因間的相互作用，使得難以達到預期的效果。

釀酒酵母有其獨有的乙醇產率高，收率高、乙醇耐受性好的特點，且具有食品安全性，這使得其廣泛用于燃料乙醇的工業生產，但是以木質纖維素水解液為原料的燃料乙醇生產中，有很多因素都抑制了釀酒酵母的發酵，所以釀酒酵母耐受性的提升很有必要。每一種技術手段都有其優點和缺點，在優化釀酒酵母的時候，應結合酵母本身的特性，多種技術手段相結合，優化工程菌。

[1] Jeffries TW,Jin Y-S(2004)Metabolic engineering for improved fermentation of pentoses by yeasts.Appl Microbiol Biotechnol 63(5):495-509.

[2] Harner NK,Bajwa PK,Habash MB,Trevors JT,Austin GD,Lee H(2014)Mutants of the pentose-fermenting yeast Pachysolen tannophilus tolerant to hardwood spent sulfite liquor and acetic acid.Antonie van Leeuwenhoek 105:29-43.

[3] Kumari R,Pramanik K(2012)Improved bioethanol production using fusants of Saccharomyces cerevisiae and xylose-fermenting yeasts.Appl Biochem Biotechnol 167:873-884.

[4] Jung YJ,Park HD.Antisense-mediated inhibition of acid trehalase(ATH1)gene expression promotes ethanol fermentation and tolerance in Saccharomyces cerevisiae.Biotechnol Lett,2005,27:1855-1859.

張譯之(1992-)，女，漢族，陜西西安人，碩士在讀，四川大學建筑與環境學院，研究方向：環境微生物工程。

S216

A

1671-1602(2016)20-0033-01