木糖高效生物转化的新出路

木糖的高效利用是影响木质纤维资源生物炼制经济效益的关键因素之一,也是构建其工业化生产体系的必要前提,但是木糖生物转化面临着重要的技术瓶颈,必须寻求新的思路。基于对木糖利用的现状及产业发展的综合分析,提出了木糖高效发酵制取木糖酸的新出路,论述了本领域首要的科学和技术问题是发酵抑制物的控制与消除;针对抑制物的问题,提出了细胞生理生化、代谢流分析及分子生物学的多层次和多尺度解析的研究方法;在此基础上,基于系统论的观点提出了菌种选育、原料预处理、抑制物控制与脱除、木糖酸高效发酵的技术集成的研究思路。     

酚酮类对树干毕赤酵母乙醇发酵及脂肪酸组成的影响

木质素降解产物对微生物产生的抑制作用,是燃料乙醇生物炼制的主要瓶颈之一。本文以树干毕赤酵母为发酵菌株,研究木质素降解产物中3种酚酮类(4-羟基苯乙酮、4-羟基-3-甲氧基苯乙酮、4-羟基-3,5-二甲氧基苯乙酮)对其木糖乙醇发酵及酵母细胞脂肪酸组成的影响。采用高效液相色谱(HPLC)和气相色谱-质谱联用(GC/MS)技术对乙醇发酵性能和酵母细胞脂肪酸组成进行分析。研究结果表明,酚酮类物质对乙醇发酵呈现抑制作用且其分子量越低抑制作用越明显,当4-羟基苯乙酮浓度为1.50 g/L时,发酵24 h的木糖利用率、乙醇得率和乙醇浓度分别下降了42.47%、5.30%和9.76 g/L;培养基中存在酚酮类物质时,酵母细胞中的不饱和脂肪酸的比例上升,添加1.50 g/L的3种酚酮类物质后,树干毕赤酵母细胞不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸的比例从原来的2.58分别上升到3.03、3.06和3.61,酵母细胞膜的流动性随之上升,不稳定性提高。因此,酚酮类物质能够降低酵母生长、提高不饱和脂肪酸的比例以及降低乙醇发酵能力,有效降低或去除木质素降解产物含量是提高木质纤维原料生物炼制的关键。     

树干毕赤酵母NLP31发酵产乙醇的研究

研究了树干毕赤酵母NLP31在木糖质量浓度为45 g/L的3种发酵培养基Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ上发酵3轮的发酵性能以及在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程。结果表明:树干毕赤酵母NLP31在发酵培养基Ⅲ上,乙醇浓度和乙醇得率均达到最高,分别为(17.29±0.15)g/L和(84.65±0.58)%。在45 g/L木糖或混合糖(葡萄糖30 g/L,木糖15 g/L)的发酵培养基Ⅲ上的代谢历程表明:混合糖发酵达到最大乙醇得率的时间仅为12 h,要比单一木糖发酵缩短了8 h。树干毕赤酵母NLP31在以廉价的无机N源为发酵培养基上的乙醇发酵性能高,能够降低燃料乙醇的生产成本。     

休哈塔假丝酵母中甲酸抑制的目标基因发掘

【目的】探究甲酸对木糖乙醇发酵模式菌株休哈塔假丝酵母基因转录的影响规律,发掘抑制的目标基因及抑制特征。【方法】基于该酵母葡萄糖、木糖代谢转录组的研究成果,结合细胞代谢途径和人工基因比对筛选出乙醇发酵相关基因,再通过RQ-PCR对梯度甲酸抑制条件下的上述基因进行定量分析,进而发掘出甲酸抑制的目标基因。【结果】共筛选出42个相关基因,经RQ-PCR定量分析最终确定受甲酸显著抑制的基因10个,上调基因5个。【结论】在基因转录水平上,休哈塔假丝酵母中甲酸显著抑制的基因按照抑制强度降序排列为XYL2、ACS、RKI、TAL、GND1、TKL、ZWF1、XYL1、PDH和PDC,按照上调强度降序排列为ALD、GLK、MDH、PFK、ADH。