细胞膜磷脂棕榈酸含量对自絮凝颗粒酵母耐酒精能力的影响及作用机制

研究揭示细胞膜磷脂脂肪酸组成与酵母菌耐酒精能力的一种新颖关系及其机制。分别培养于添加 0 6mmol L棕榈酸、亚油酸或亚麻酸不同条件下的自絮凝颗粒酵母 ,其细胞膜富含各自所添加的脂肪酸。细胞膜富含棕榈酸、亚油酸或亚麻酸的三种菌体于 30℃经 2 0 %(v v)酒精冲击 6h的存活率分别为 5 2 %、1 8%和 0。通过考察三种菌体于 30℃在 1 5 %(v v)酒精冲击下的细胞膜透性发现 ,细胞膜富含棕榈酸的菌体的胞外核苷酸平衡浓度分别仅为细胞膜富含亚油酸或亚麻酸菌体的 48%和 32 %,其细胞膜透性系数 (P′)分别仅为后者的 37%和 2 0 %,且三者的胞外核苷酸浓度和P′由小到大的排列顺序均与它们的存活率由高到低的排列顺序完全一致。因此 ,细胞膜富含棕榈酸的菌体具有较强的耐酒精能力是与其在高浓度酒精冲击下可维持较低的细胞膜透性密切相关的 的。     

细胞膜蛋白质氨基酸组成对自絮凝颗粒酵母耐酒精能力的影响及作用机制

揭示细胞膜组分与酵母菌耐酒精能力的一种新颖关系及其机制。实验显示 ,培养于添加和未添加 3种氨基酸 (异亮氨酸、甲硫氨酸和苯丙氨酸 ,添加浓度分别为 1 0、0 5和 2 0g L)条件下的自絮凝颗粒酵母于 30℃经2 0 % (V V)酒精冲击 9h的存活率分别为 5 7%和 0 ,表明添加该 3种氨基酸能显著提高菌体的耐酒精能力。细胞膜蛋白质氨基酸组成分析和细胞膜流动性测定表明 ,所添加 3种氨基酸是通过组入菌体细胞膜、改变细胞膜流动性从而提高菌体的耐酒精能力的 ,即当细胞膜蛋白质氨基酸组成中异亮氨酸、甲硫氨酸和苯丙氨酸含量明显增加时 ,菌体能有效抵抗高浓度酒精冲击引发的细胞膜流动性的升高 ,从而维持细胞膜的稳定。细胞膜蛋白质氨基酸组成会影响细胞膜的流动性 (膜蛋白中异亮氨酸、甲硫氨酸和苯丙氨酸含量明显增加时膜流动性降低 )是一种新的实验现象。     

外源脂肪酸对酒精诱导自絮凝颗粒酵母细胞膜磷脂脂肪酸组成变化的影响

实验将自絮凝颗粒酵母培养于同时添加脂肪酸 (0.6mmol/L)和酒精 (6 %～ 9% ,V/V)条件下以考察其细胞膜磷脂脂肪酸组成的变化。与单独添加棕榈酸相比 ,同时添加酒精引起细胞膜磷脂棕榈酸含量明显增加 ,伴随 9十四碳烯酸、棕榈油酸和油酸含量明显减少 ;与单独添加亚油酸相比 ,同时添加酒精未引起细胞膜磷脂亚油酸含量明显变化 ,但引起油酸含量明显增加 ,伴随 9 十四碳烯酸、棕榈油酸和棕榈酸含量减少 ;与单独添加亚麻酸相比 ,同时添加酒精引起细胞膜磷脂亚麻酸含量减少 ,伴随油酸含量显著增加 ,同时 9 十四碳烯酸、棕榈油酸和棕榈酸含量减少。存活率实验证实 ,上述变化是菌体对酒精刺激的适应性响应 ,因为 ,与培养于仅添加脂肪酸条件下的菌体相比 ,培养于同时添加酒精条件下的菌体耐酒精能力明显提高。研究表明 ,棕榈酸和油酸都可通过加强细胞膜渗透屏障而提高菌体的耐酒精能力 ,这是饱和脂肪酸 (SFA)与不饱和脂肪酸 (UFA)可提高同一菌株耐酒精能力的新的实验现象 ,揭示UFA与SFA在影响酵母菌耐酒精能力的机制上存在共同的作用方式     

细胞膜磷脂脂肪酸组成对自絮凝酵母质膜ATP酶响应酒精刺激的影响及其与菌体耐酒精的关系

研究揭示细胞膜磷脂脂肪酸组成与质膜ATP酶在酵母菌耐酒精中的一种新颖关系。实验表明 ,细胞膜磷脂脂肪酸组成特点对生长于未添加酒精条件下的自絮凝颗粒酵母质膜ATP酶活性没有影响 ,但却明显影响生长于添加酒精 (1 %～ 10 % ,V/V)条件下的菌体质膜ATP酶对酒精激活的敏感性 :预培养于添加 0.6mmol L棕榈酸、亚油酸、或亚麻酸条件下的菌体的质膜ATP酶的最大激活水平分别为各自酶的基态水平 (未激活 )的 3.6、1.5和 1.2倍 ,而对照组 (预培养于未添加脂肪酸条件下的菌体 )的相应值为2.3倍 ,酶产生上述最大激活水平时的酒精浓度分别为 7%、6 %、6 %、和 7% (V/V)。酶激活后米氏常数K_m 、最适pH和对钒酸钠 (质膜ATP酶特异性抑制剂 )的敏感性等性质不变 ,但最大反应速度v_max明显增加。实验表明 ,细胞膜磷脂脂肪酸组成特点对提高菌体的耐酒精能力越有利 ,则其质膜ATP酶被酒精激活的幅度越大 ,说明菌体耐酒精能力的提高与其质膜ATP酶对酒精激活的敏感性的增加密切相关。细胞膜磷脂脂肪酸组成会影响酵母菌质膜ATP酶对酒精激活的敏感性是观察到的新的实验现象.     

细胞膜磷脂脂肪酸组成对自絮凝酵母质膜ATP酶响应酒精刺激的影响及其与菌体耐酒精的关系

研究揭示细胞膜磷脂脂肪酸组成与质膜ATP酶在酵母菌耐酒精中的一种新颖关系。实验表明,细胞膜磷脂脂肪酸组成特点对生长于未添加酒精条件下的自絮凝颗粒酵母质膜ATP酶活性没有影响,但却明显影响生长于添加酒精(1％～10％,V／V)条件下的菌体质膜ATP酶对酒精激活的敏感性：预培养于添加0．6mmol／L棕榈酸、亚油酸、或亚麻酸条件下的菌体的质膜ATP酶的最大激活水平分别为各自酶的基态水平(未激活)的3．6、1．5和1．2倍,而对照组(预培养于未添加脂肪酸条件下的菌体)的相应值为2．3倍,酶产生上述最大激活水平时的酒精浓度分别为7％、6％、6％、和7％(V/V)。酶激活后米氏常数Km、最适pH和对钒酸钠(质膜ATP酶特异性抑制剂)的敏感性等性质不变,但最大反应速度υmax明显增加。实验表明,细胞膜磷脂脂肪酸组成特点对提高菌体的耐酒精能力越有利,则其质膜ATP酶被酒精激活的幅度越大,说明菌体耐酒精能力的提高与其质膜ATP酶对酒精激活的敏感性的增加密切相关。细胞膜磷脂脂肪酸组成会影响酵母菌质膜ATP酶对酒精激活的敏感性是观察到的新的实验现象。     

钙离子通过降低细胞膜透性提高自絮凝颗粒酵母耐酒精能力

生长阶段和冲击阶段均添加 1 6 4mmol LCa2 能显著提高自絮凝颗粒酵母于 30℃在 2 0 % (V V)酒精冲击下的存活率 ,经过 9h冲击 ,对照组的存活率为 0 ,而添加Ca2 试验组的存活率为 5 0 0 % ,表明添加适当浓度的Ca2 能显著提高菌体的耐酒精能力。通过考察Ca2 对菌体于 30℃在 15 % (V V)酒精冲击下细胞膜透性的影响发现 ,生长阶段和冲击阶段均添加 1 6 4mmol LCa2 的试验组的菌体胞外核苷酸平衡浓度和细胞膜透性系数 (P′)分别仅为对照组水平的 5 0 0 %和 2 9 3% ,表明添加适当浓度的Ca2 能显著降低受冲击菌体的细胞膜透性 ;而且 ,添加Ca2 提高存活率与添加Ca2 降低胞外核苷酸浓度和P′存在直接的对应关系。因此 ,Ca2 提高自絮凝颗粒酵母耐酒精能力是与其降低受冲击菌体的细胞膜透性密切相关的。     

自絮凝颗粒酵母酒精高浓度连续发酵的研究

在四釜串联气升环流悬浮床生物反应器系统中 ,进行了絮凝颗粒酵母酒精连续发酵的研究。以CO2 为驱动动力 ,发酵液液蒸馏废液全循环 ,稀释率为 0 2 h。发酵成熟醑酒精平均浓度为 96 6g L ,残余还原糖和总糖分别为 1 2g L和 4 1g L。     

自絮凝酵母颗粒连续发酵生产酒精的新工艺

用既有优良酒精发酵性能,又具有强自絮凝能力的融合酵母株ＳＰＳＣ,在单釜有效容积为１０ｍ３的四釜并联气升环流悬浮床生物反应器系统中,进行了连续发酵生产酒精的研究。以玉米为原料,双酶法制糖,过滤得到清糖液作为底物,在稀释速率为０１／ｈ的条件下,终点发酵液中酒精浓度为７０～８０ｇ／Ｌ,残余还原糖和残余总糖分别为２～３ｇ／Ｌ和３～５ｇ／Ｌ,悬浮床反应器的设备生产强度达到７～８ｇ（ＥｔＯＨ）／（Ｌ·ｈ）。     

絮凝酵母颗粒悬浮床反应器中试及酒精连续发酵工艺的研究

在小型悬浮床反应器研究絮凝颗粒酵母酒精连续发酵工艺的基础上,建立了单釜反应器有效容积0．5m³、二级串联的中试装置。以淀粉糖化液为底物,考察了悬浮床反应器由小试到中试的放大效应,提出了该反应器工业放大时对危险截面表观气速应加以限制的原则,以保证絮凝酵母颗粒不被剪切破坏。进而在平均稀释率为0．10h^-1的条件下．中试装置稳定运转一个月,获得终点发酵液中酒精浓度80～85g／L,残糖低于5.0g／L,设备平均生产酒精8．4g／L·h的结果。     

絮凝颗粒粒度分布对自絮凝酵母SPSC01乙醇耐受能力的影响

利用激光聚焦反射式颗粒测量系统, 通过调节不同的搅拌速率, 得到了分批补料培养条件下粒度分布不同的四个絮凝酵母SPSC01颗粒群体, 进而对絮凝颗粒群体分布对乙醇耐受性进行了系统研究。经过6 h、20%乙醇的冲击, 颗粒粒度为100、200、300和400 mm的自絮凝酵母SPSC01的存活率分别为3.5%、26.7%、48.8%和37.6%。这表明不同粒度分布的絮凝颗粒群体乙醇耐受性具有明显差别, 在一定粒度范围内乙醇耐受性达到最高, 乙醇耐受性最高的酵母群体的乙醇得率系数85.5%, 比乙醇耐性最低的颗粒群体提高了7.2%。粒度为100、200和300 mm的自絮凝酵母颗粒群体总麦角固醇、游离麦角固醇及海藻糖含量与粒度大小成正相关, 但在粒度为400 mm的絮凝颗粒群体中总麦角固醇、游离麦角固醇及海藻糖含量呈下降趋势, 与其乙醇耐性低于300 mm絮凝颗粒的结果相一致。对细胞膜透性的研究表明, 颗粒粒度为300 mm的絮凝酵母颗粒细胞膜通透性(P′)最低, 分别仅为颗粒粒度为100 mm和200 mm颗粒群体的43%和52%, 表明粒度分布不同的絮凝颗粒群体乙醇耐性的差别与细胞膜透性密切相关。     

膜蛋白氨基酸组成通过改变膜流动性影响粟酒裂殖酵母和酿酒酵母融合株耐酒精能力

实验显示,一种氨基酸混合液（含异亮氨酸、甲硫氨酸和苯丙氨酸,添加浓度分别为1.0、0.5和2.0g/L）能显著提高自絮凝酵母——粟酒裂殖酵母和酿酒酵母融合株SPSC的耐酒精能力。实验将菌体分别培养于添加（试验组）和未添加（对照组）该氨基酸混合液的条件下,然后收集菌体进行酒精（20%,V/V）冲击试验（30℃,9h）,结果,试验组的菌体尚有一半以上的存活细胞,而对照组的菌体全部死亡。通过对试验组和对照组的菌体细胞膜蛋白质氨基酸组成分析发现,试验组的菌体耐酒精能力提高与所添加氨基酸组入菌体的细胞膜密切相关。以DPH为荧光探针的细胞膜流动性测定分析进一步揭示,氨基酸组入菌体的细胞膜后,细胞膜能有效抵抗高浓度酒精冲击诱发的膜流动性的提高,从而维持膜的稳定。因此,实验首次揭示膜蛋白氨基酸组成可通过改变膜流动性而影响酵母菌的耐酒精能力。     

自絮凝酵母SPSC01在组合反应器系统中酒精连续发酵的研究

建立了一套由四级磁力搅拌发酵罐串联组成、总有效容积4000mL的小型组合生物反应器系统 ,其中一级罐作为种子培养罐。以脱胚脱皮玉米粉双酶法制备的糖化液为种子培养基和发酵底物 ,进行了自絮凝颗粒酵母酒精连续发酵的研究。种子罐培养基还原糖浓度为100g L ,添加 (NH₄)₂HPO₄ 和KH₂PO₄ 各 20g L ,以0.017h^-1 的恒定稀释速率流加 ,并溢流至后续酒精发酵系统。发酵底物初始还原糖浓度 220g/L ,添加 (NH₄)₂HPO₄ 15g/L和KH₂PO₄2 5g/L ,流加至第一级发酵罐 ,稀释速率分别为 0.017、0.025、0.033、0.040和0.05 0h^-1。实验数据表明 ,自絮凝颗粒酵母在各发酵罐中呈部分固定化状态 ,在稀释速率0.040h^-1 条件下 ,发酵系统呈一定的振荡行为 ,其他四个稀释速率实验组均能够达拟稳态。当稀释速率不超过 0 0 33h^-1 ,流出末级发酵罐的发酵液中酒精浓度可以达到 12 % (V/V)以上 ,残还原糖和残总糖分别在 0 11%和 0 35 % h^-1,流出末级发酵罐的发酵液中酒精浓度可以达到12%（V/V）以上,残还原糖和残总糖分别在0.11%和0.35%（W/V）以下。在稀释速率为0.033h^-1时,计算发酵系统酒精的设备生产强度指标为3.32（g·L^-1·h^-1）,与游离酵母细胞传统酒精发酵工艺相比,增加约1倍。     

一株高乙醇耐受的嗜热细菌Anoxybacillus sp. WP06的性质研究

厌氧芽孢杆菌属(Anoxybacillus)的菌株WP06是一株兼性厌氧的嗜热细菌, 能利用木糖、阿拉伯糖和葡萄糖等产生乙醇。不像绝大多数嗜热细菌, WP06菌株在高温下表现出极高的乙醇耐受力, 60oC时在8%的乙醇胁迫下才出现生长抑制现象, 15%的乙醇胁迫下仍能生长, 是目前已知的乙醇耐受力最高的嗜热细菌。WP06菌株突破了人们对高温下细菌耐受乙醇浓度的极限认识, 是研究高温下乙醇耐受机制的良好出发菌株。     

一株高乙醇耐受的嗜热细菌Anoxybacillus sp. WP06的性质研究

厌氧芽孢杆菌属(Anoxybacillus)的菌株WP06是一株兼性厌氧的嗜热细菌, 能利用木糖、阿拉伯糖和葡萄糖等产生乙醇。不像绝大多数嗜热细菌, WP06菌株在高温下表现出极高的乙醇耐受力, 60oC时在8%的乙醇胁迫下才出现生长抑制现象, 15%的乙醇胁迫下仍能生长, 是目前已知的乙醇耐受力最高的嗜热细菌。WP06菌株突破了人们对高温下细菌耐受乙醇浓度的极限认识, 是研究高温下乙醇耐受机制的良好出发菌株。