燃料乙醇生产中提高酵母发酵能力方法概述

张译之，王慧中

(四川大学建筑与环境学院，四川 成都 610065)



燃料乙醇生产中提高酵母发酵能力方法概述

张译之，王慧中

(四川大学建筑与环境学院，四川 成都 610065)

木质纤维素水解液含有许多抑制性物质降低了发酵效率，为了提高发酵效率，提高酿酒酵母耐受性，使之在环境迫胁条件下可以有效地进行发酵。本文对提高酵母发酵性能的方法进行概述。

燃料乙醇；酵母；耐受性

前言

木质纤维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发酵，降低生产效率[1]。微生物利用木质纤维素发酵产乙醇的过程中不利的因素大致分为三类，第一是温度及pH不在酵母的最适范围内。第二，木质纤维素水解糖化过程中产生的小分子环状有毒化合物，对酵母的生长及发酵有抑制作用。第三，木质纤维素糖化发酵中高浓度糖和乙醇对酵母的生长发酵有抑制作用。我们只有通过提高酵母的耐受性，使之对各种环境迫胁条件的适应范围提升，才能有效解决生产成本与生产效率的问题。

1 随机突变

有研究通过反复紫外诱变且在含有木质纤维素水解液平板上进行筛选，得到了对该水解液有耐受性的酵母。该实验中，经过三轮紫外诱变的酵母突变菌株可以在75%(v/v)的木质纤维素水解液中生长。突变子在60%的水解液中发酵，野生型发酵不进行。同样是紫外诱变，又有人获得了优秀的突变菌株在加入乙酸的合成培养基中，突变子可以在含8g/L乙酸中生长，野生型仅能在含7g/L乙酸中生长，但发酵性能优于突变子[2]。紫外诱变可以加快突变发生的概率，但突变的方向不确定，突变菌株在某些性能方面优于出发菌株，还需通过其他手段赋予突变菌株其他优良性能。

2 基因重组

有人利用原生质体融合技术将分别具有好的乙醇和抑制剂耐受菌株与高效利用木糖菌株融合，产生兼具两者优势的杂合子。将S.cerevisiae NCIM-3090分别与三种不同的戊糖发酵菌株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，对其进行发酵评价，三种杂合子在混合糖的发酵液中发酵性能均比出发菌株好，乙醇产率均高于出发菌株[3]。杂交和原生质体融合都可以快速获得我们想要的菌株表现型，相比较随机突变目的性较强，反复原生质体融合获得的杂合子，性能可以快速改善，但它的染色体倍数很可能是不确定的，这样的杂合子即使拥有了优良的性能，也很有可能在今后的传代过程中丢失其性能，具有不稳定性。

3 代谢工程

酿酒酵母乙醇生产中提高酿酒酵母的乙醇耐受性是提高发酵效率的关键。ATH1是编码酸性海藻糖的基因，海藻糖能稳定细胞膜和蛋白质，保护细胞抵御胁迫。有研究将ATH1基因分别与ADH1、CYC1和ATH1启动子融合，插入到质粒中并导入酿酒酵母。含有ATH1基因的3株重组酿酒酵母菌的酸性海藻糖酶表达水平均有所降低，与出发菌相比，酿酒酵母重组菌的乙醇产量更高，乙醇生成速率也更快。所以说抑制海藻糖酶的表达水平可以提高酿酒酵母对乙醇的抗性[4]。传统的代谢工程的确有目的性更明确的优点，但是这种方法也具有一定的局限性，微生物体内的代谢网络是十分复杂的，我们在基因改造时会忽略了基因间的相互作用，使得难以达到预期的效果。

酿酒酵母有其独有的乙醇产率高，收率高、乙醇耐受性好的特点，且具有食品安全性，这使得其广泛用于燃料乙醇的工业生产，但是以木质纤维素水解液为原料的燃料乙醇生产中，有很多因素都抑制了酿酒酵母的发酵，所以酿酒酵母耐受性的提升很有必要。每一种技术手段都有其优点和缺点，在优化酿酒酵母的时候，应结合酵母本身的特性，多种技术手段相结合，优化工程菌。

[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.

张译之(1992-)，女，汉族，陕西西安人，硕士在读，四川大学建筑与环境学院，研究方向：环境微生物工程。

S216

A

1671-1602(2016)20-0033-01