自絮凝酵母高浓度重复批次乙醇发酵

利用发酵性能优良的自絮凝酵母Saccharomyces cerevisiaeflo,研究开发了重复批次高浓度乙醇发酵系统,以节省下游加工过程的能耗。在终点乙醇浓度达到120g/L左右的条件下,发酵系统的乙醇生产强度达到8.2g/(L·h)。然而实验中发现,随着发酵批次的增多,自絮凝酵母沉降性能逐渐下降,从发酵液中沉降分离所需时间相应延长,导致发酵液中高浓度乙醇对酵母的毒害作用加剧,影响其发酵活性和发酵系统运行的稳定性,发酵装置运行11个批次后无法继续运行。实验结果表明,絮凝能力下降导致的酵母絮凝颗粒尺度减小是其沉降性能下降的主要原因。进一步研究发现,酵母的絮凝能力通过再培养可以恢复。在此基础上对发酵系统操作进行改进,每批发酵结束后可控采出一定比例菌体,调节系统的酵母细胞密度和乙醇生产强度以刺激酵母增殖,保持其絮凝能力。在达到相同发酵终点乙醇浓度条件下,虽然发酵系统的乙醇生产强度降低到4.0g/(L·h),但运行10d后絮凝颗粒酵母尺度趋于稳定,继续运行14d,未发现絮凝颗粒酵母尺度继续下降的现象,系统可以稳定运行。     

RIM21基因缺失对拉格啤酒酵母絮凝性能的影响

拉格啤酒酵母是我国啤酒酿造的主要菌种。细胞絮凝是啤酒酵母重要的生产性状,在不影响发酵性能的情况下适度提高酵母的絮凝能力,有助于发酵结束时细胞和产物的分离,有利于工业化啤酒生产,具有较高的经济价值。前期在对一株工业用拉格啤酒酵母G03及其絮凝突变株的研究中,挖掘到一个可能影响啤酒酵母絮凝性的候选基因RIM21。为了验证该基因的作用,文中在G03中对RIM21进行了敲除,发现RIM21敲除后,酵母在11 ℃发酵条件下的絮凝性能增强,基因FLO5、Lg-FLO1及细胞壁完整性途径中的部分基因表达上调。同时,CO2失重、酒精度、发酵度等发酵指标未有明显变化。另外,发现RIM21的缺失增强了啤酒酵母对细胞壁抑制剂的耐性。研究结果为阐释低温发酵条件下啤酒酵母的絮凝调控机理及菌株絮凝性的改善提供了基础。     

絮凝基因FLO1及FLO1c高表达提高工业酿酒酵母乙酸耐受性及发酵性能

乙酸是生物质乙醇发酵过程中酵母细胞面临的重要抑制剂之一,对细胞生长及发酵性能有强烈的抑制作用。增强酵母菌对乙酸胁迫的耐受性对提高乙醇产率具有重要意义。用分别带有完整絮凝基因FLO1及其重复序列单元C发生缺失的衍生基因FLO1c的重组表达质粒分别转化非絮凝型工业酿酒酵母CE6,获得絮凝型重组酵母菌株6-AF1和6-AF1c。同时以空载体p YCPGA1转化CE6的菌株CE6-V为对照菌株。与CE6-V相比,絮凝酵母明显提高了对乙酸胁迫的耐受性。在0.6%(V/V)乙酸胁迫下,6-AF1和6-AF1c的乙醇产率分别为对照菌株CE6-V的1.56倍和1.62倍;在1.0%(V/V)乙酸胁迫下,6-AF1和6-AF1c的乙醇产率分别为对照菌株CE6-V的1.21倍和1.78倍。可见絮凝能力改造能明显提高工业酿酒酵母的乙酸胁迫耐受性及发酵性能,而且FLO1内重复序列单元C缺失具有更加明显的效果。     

发酵抑制物对絮凝酵母戊糖发酵的影响

将絮凝剂加入酵母溶液中,使酵母絮凝成颗粒以此作为固定化酵母进行戊糖发酵。研究了常见发酵抑制物(甲酸、乙酸、糠醛和乳酸等)对絮凝酵母发酵木糖的影响。结果表明:在60.0g/L木糖发酵液中,经过24h发酵,木糖利用率达94.6%,当分别添加抑制物甲酸、乙酸、糠醛、乙醇和乳酸时,聚氧乙烯絮凝酵母分别对其的耐受浓度为0.5、0.5、1.0、30.0和8.0g/L。当抑制物添加量超过各自的耐受浓度后,对絮凝酵母发酵会产生明显的抑制作用。     

酵母菌的分离培养及发酵实验方法

通过分离培养得到纯种酵母菌并对其进行观察区分;用几种酵母菌进行糖发酵实验,比较酵母菌对不同糖的利用能力;利用培养所得到的酿酒酵母和假丝酵母酿造葡萄酒,测量葡萄酒的酒精度数,对比确定哪一种酵母菌的酿酒效果更好、产酒率更高。通过平板划线法及稀释涂布法获得纯种的酵母菌种,同时结合菌落形态观察法初步区分酵母菌的种类;通过压滴法区别酵母菌的细胞形态;通过美蓝染色法鉴别酵母菌的死活;采用穿刺接种法分别将酵母接种在带有指示剂的半固体培养基上。3种实验酵母都不发酵乳糖,酿酒酵母的发酵蔗糖和葡萄糖的能力远不及红酵母和假丝酵母。酿酒酵母所酿造出的葡萄酒酒精度数高于假丝酵母。     

絮凝基因内衔接重复序列与酵母菌絮凝特性多样性及遗传稳定性

存在于酵母菌细胞表面的絮凝蛋白与邻近细胞表面寡聚甘露糖链相互作用,从而使细胞相互聚集形成细胞团的生理过程称为酵母菌絮凝。编码絮凝蛋白的基因中存在大量衔接重复序列,这些重复序列的变化不但使酵母菌呈现出絮凝特性的多样性,而且由重复序列驱动的基因内或基因间重组使酵母菌的絮凝特性具有非常明显的遗传不稳定性。文中综述了基因内重复序列对酵母菌絮凝特性和遗传稳定性的影响,将为基于序列调控策略改进酵母菌絮凝特性及遗传稳定性奠定理论基础,为絮凝特性在发酵工业或环境修复过程中的可控应用提供新的解决策略。     

FLO1基因内重复序列对酿酒酵母絮凝能力及稳定性的影响

[目的]了解絮凝基因FLO1中重复DNA序列A对酵母菌絮凝能力及其遗传稳定性的影响,为构建遗传性能稳定、工业应用前景优良的最小絮凝功能基因奠定理论基础.[方法]通过融合PCR方法构建了FLO1中全部重复DNA序列A发生缺失的衍生基因FLO1a,以含有FLO1基因的大肠杆菌为筛选模型,通过连续传代培养及质粒快速分析获得FLO1内重复DNA序列A不同程度、不同位点缺失的系列衍生基因FLO1a1 -FL01a5.完整FLO1基因和上述衍生基因转化非絮凝型酵母YS58,得到重组菌株YSF1、YSF1a及YSF1a1 -YSF1a5,分析了上述不同酵母菌株絮凝特性及其遗传稳定性.[结果]絮凝基因FLO1中重复DNA序列A完全缺失使酵母细胞完全失去絮凝能力,部分重复DNA序列A发生缺失导致絮凝能力降低,絮凝基因中重复DNA序列A的个数与细胞絮凝能力成正相关,但不是简单的比例关系.其中衍生基因FLO1a3含有的重复DNA序列A是FLO1基因的33.3％,但菌株YSF1 a3的絮凝能力可达YSF1絮凝能力的71.4％.而且菌株YSF1 a3的絮凝特性比菌株YSF1的絮凝特性具有更好的环境适应性和遗传稳定性.[结论]重复DNA序列A是絮凝基因中非常活跃的序列,是导致絮凝特性遗传不稳定的关键因素,该序列的部分缺失不但可以使酵母细胞呈现适度的絮凝能力,而且使絮凝特性具有更好的环境适应性和遗传稳定性.该研究为通过对絮凝基因内衔接重复序列的合理调控,促进酵母絮凝特性在发酵工业及其他生物化工过程和环境修复中的广泛应用提供了重要的理论依据和解决策略.     

高耐性酱油酵母选育及其高密度发酵调控

高耐性酵母广泛应用于食品、酿造、饲料、生物能源等行业,酵母的耐受性对其生产和应用有着决定性影响。高耐性酵母菌种改良是酵母资源利用的关键步骤,高密度发酵是克服耐性酵母产业化的主要瓶颈技术。对传统酿造食品酱油生产中常用的耐高盐酵母菌株的选育、耐性机制及其高密度发酵技术研究进展进行了综述。     

絮凝基因(FLOIG)的序列测定及分析

虽然酵母细胞絮凝的确切机制至今尚无定论,但已克隆了多个与絮凝相关的基因,如FLOI、FLO5、FLO11等[1-3].这些基因的表达可以赋予非絮凝酵母细胞以絮凝能力.酵母细胞的絮凝特性在酿造工业、固定化酶、精细化工和物生制药等领域具有广泛的应用价值[4,5].从一株强絮凝酿酒酵母菌株中克隆到一个约4.3kb的NDA片段,酵母转化实验证明该DNA片段能够赋予非絮凝酵母菌株以絮凝能力[6].本文简要报道对该DNA片段进行序列测定和分析的结果.     

FLO1基因靠近3''端重复序列对酵母菌絮凝蛋白功能的调控

摘要:【目的】研究絮凝基因FLO1 中靠近3'端重复DNA 序列缺失对絮凝蛋白Flo1功能的影响,为遗传稳定的最小絮凝功能基因的构建及酵母菌絮凝特性的可控改造提供理论依据。【方法】通过融合PCR 的方法得到FLO1内靠近3'端重复DNA 序列B、C和D全部缺失的衍生基因FLO1bcd,比较FLO1及FLO1bcd在非絮凝酵母细胞中表达后,菌株在不同条件下絮凝特性的差异。【结果】与表达完整絮凝基因FLO1的酵母菌株YSF1相比,FLO1内靠近3'端重复DNA 序列全部缺失的酵母菌株YSF1bcd的絮凝强度仅略有降低,而且其絮凝特性对钙离子的依赖性、金属离子的敏感性及乙醇敏感性均没有明显变化,但对环境pH以及温度的变化表现出更广泛的适应性,受甘露糖抑制的敏感性也有所降低。【结论】FLO1 中重复DNA序列B、C和D全部缺失与单独缺失C或D一样可以提高絮凝蛋白的构象和功能稳定性,使酵母细胞在极端酸碱环境下仍然表现出明显的絮凝特性;这些重复序列的完全缺失对其他絮凝特性没有明显影响。因此可以通过重复序列删减策略构建遗传稳定的最小絮凝功能基因,为絮凝特性在发酵工业及环境修复方面的可控应用奠定理论 基础。