代谢工程改造运动发酵单胞菌用于提高乙醇产量

目的:采用可以在运动发酵单胞菌中表达的操纵子构建重组运动发酵单胞菌,用于提高该细菌对高温高糖的耐受性和提高乙醇产量.方法:用外来的YfdZ、MetB和Hsp构建的多顺反子质粒,转化运动发酵单胞菌而使其获得新的代谢途径.在玉米水解液中,验证了该多顺反子质粒对运动发酵单胞菌产生乙醇的影响.结果:与对照菌相比,在37℃和糖浓度为28%的培养条件下,该基因工程菌的乙醇产量提高到183.2%.在37℃,糖浓度为28%并添加氮源的条件下,该基因工程菌的乙醇产量提高到148.0%.结论:YfdZ、MetB及Hsp三种基因的共同作用能显著提高运动发酵单胞菌的乙醇产量和发酵温度.     

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。     

一株葡萄糖和木糖共发酵高效产乙醇重组运动发酵单胞菌的性能评价

木糖是木质纤维素原料水解液中的第二大组分,木糖和葡萄糖的充分利用是有经济性地生产纤维素乙醇的关键。通过基因克隆手段构建了一株可以高效利用木糖产乙醇的重组运动发酵单胞菌Zymomonas mobilis TSH01,并进行了利用单糖溶液、混合糖溶液及玉米秸秆水解液发酵产乙醇效率的研究。结果表明,利用单一葡萄糖或单一木糖溶液发酵时,当糖浓度为8%、发酵72 h后,糖利用率分别为100%和98.9%,乙醇代谢收率分别为87.8%和78.3%;利用8%葡萄糖和8%木糖的混合溶液发酵时,72 h后,葡萄糖和木糖的利用率分别为98.5%和97.4%,乙醇代谢收率为94.9%。利用含3.2%葡萄糖和3.5%木糖的玉米秸秆水解液发酵72 h后,葡萄糖和木糖的利用率分别为100%和92.3%,乙醇代谢收率为91.5%。此外,磷酸二氢钾对发酵过程中木糖利用率以及乙醇收率的提高有明显促进作用。     

酿酒酵母L610利用菊糖生产乙醇发酵条件的研究

以1株能够直接利用菊糖产乙醇的酿酒酵母L610为出发菌株,对其利用菊糖生产乙醇的发酵条件进行了一系列研究。结果表明,L610最适乙醇发酵温度为37℃,且40℃高温发酵对其产乙醇能力无显著影响;L610对酸性发酵环境有良好的耐受性,当发酵液p H值降至3.5时,其糖醇转化率及乙醇产量仍保持较高水平;以0.025~0.10 vvm的通气量通气12 h有利于L610发酵菊糖产乙醇;L610对350 g/L的高浓度菊糖有良好的转化率,乙醇浓度和生产强度分别达到129 g/L和1.35 g/(L·h);当直接以300 g/L菊芋粗粉为唯一底物进行发酵时,L610发酵产乙醇浓度达到89.6 g/L,为理论产量的78.1%。本研究所取得的成果为酿酒酵母一步法发酵菊芋生产乙醇的工业化发展提供参考。     

休哈塔假丝酵母乙醇发酵性能的研究

木糖的高效发酵是制约纤维素燃料乙醇生产的技术瓶颈之一,高性能发酵菌种的开发是本领域研究的重点。以木糖发酵的典型菌株休哈塔假丝酵母为材料,研究氮源配比、葡萄糖和木糖初始浓度、葡萄糖添加及典型抑制物等因素对其木糖利用和乙醇发酵性能的影响规律。结果表明,硫酸铵更适宜于木糖和葡萄糖发酵产乙醇。在摇瓶振荡发酵条件下,该酵母可发酵164.0 g/L葡萄糖生成61.9 g/L乙醇,糖利用率和乙醇得率分别为99.8%和74.0%;受酵母细胞膜上转运体系的限制,对木糖的最高发酵浓度为120.0 g/L,可生成45.7 g/L乙醇,糖利用率和乙醇得率分别达到94.8%和87.0%。休哈塔假丝酵母发酵木糖的主要产物为乙醇,仅生成微量的木糖醇;添加葡萄糖可促进木糖的利用;休哈塔假丝酵母在葡萄糖发酵时的乙酸和甲酸的耐受浓度分别为8.32和2.55 g/L,木糖发酵时的乙酸和甲酸的耐受浓度分别为6.28和1.15 g/L。     

木质纤维素稀酸水解糖液乙醇发酵研究进展

以木质纤维素为原料生产燃料乙醇,首先要对原料进行预处理得到可发酵糖,在稀酸水解木质纤维素得到的糖液中,除含有葡萄糖、木糖等六碳糖和五碳糖外,根据水解温度、酸浓度和时间的不同,还含有不同浓度的发酵抑制剂。因此,在研究木质纤维素稀酸水解糖液的乙醇发酵中,对代谢木糖成乙醇的菌种的研究、对耐/代谢发酵抑制剂微生物的研究、对稀酸水解糖液的脱毒方法的研究以及对稀酸水解糖液不同发酵方式的乙醇发酵研究等非常重要。重点介绍了以上几个方面近几年研究的进展。     

一步法发酵菊芋生产乙醇

利用马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)YX01具有菊粉酶生产能力且乙醇发酵性能良好的特点,直接发酵菊粉生成乙醇.在摇瓶中考察了该菌株最适发酵温度,进而在2.5L发酵罐中考察了通气量和底物浓度的影响.实验结果表明:该菌株最适发酵温度为35℃;在通气量为50 mL/min和100 mL/min时菌体生长加快,发酵时间缩短,但在不通气条件下糖醇转化率明显提高;在菊粉浓度235 g/L时,发酵终点乙醇浓度达到92.2 g/L,乙醇对糖的得率为0.436,为理论值的85.5%.在此基础上,使用近海滩涂种植海水灌溉收获的菊芋为底物,以批式补料方式直接发酵菊芋干粉浓度为280 g/L的底物,发酵终点乙醇浓度为84.0 g/L,乙醇对糖的得率为0.405,为理论值的80.0%.这些研究工作,为以菊芋为原料的燃料乙醇技术开发奠定了基础.     

分批补料对木糖发酵生产乙醇的影响

以树干毕赤酵母为发酵菌种,纯木糖为发酵底物,通过分批补料来提高糖利用率以及乙醇得率。结果表明,在24h内,最佳初始木糖浓度为80g/L,在28h的发酵周期中,可以将木糖浓度提高至90g/L,在32h发酵周期内可以将木糖浓度提高至100g/L。通过分批补料,乙醇浓度得到明显提高。当总糖浓度分别为80g/L、90g/L时,24h发酵周期内,分批补料次数以1次为宜,乙醇浓度分别达30.95g/L、32.60g/L,相比于不补料即一次性投料,乙醇浓度分别提高了9.36%、9.18%。总糖浓度100g/L,28h发酵周期内,补料2次效果最佳,乙醇浓度达37.49g/L,比一次性投料下提高了10.36%,较一次性投料达到相同发酵效果缩短了4h。     

常压甘油自催化预处理麦草浓醪发酵纤维素乙醇

目前纤维素乙醇成本偏高的根本原因在于没有达到淀粉质乙醇发酵水平的"三高"(高浓度、高转化率和高效率)指标,提高水解糖液浓度和避免发酵抑制物来实现浓醪发酵,是解决问题的关键。文中以常压甘油自催化预处理麦草为底物,尝试采用不同发酵策略,探讨其浓醪发酵产纤维素乙醇的可行性。在优化培养条件(15%底物浓度,加酶量30 FPU/g干底物,温度37℃,接种量10%)下同步糖化发酵72 h,纤维素乙醇产量为31.2 g/L,转化率为73%,发酵效率0.43 g/(L·h);采用半同步(预酶解24 h)糖化发酵72 h,纤维素乙醇浓度达到33.7 g/L,转化率为79%,发酵效率为0.47 g/(L·h),其中(半)同步糖化发酵中90%以上纤维素已被糖化水解用于发酵;采用分批补料式半同步糖化发酵,补料到基质浓度相当于30%,发酵72 h时纤维素乙醇产量达到51.2 g/L,转化率为62%,发酵效率为0.71 g/(L·h)。在所有浓醪发酵中乙酸不足3 g/L,无糠醛和羟甲基糠醛等发酵抑制物。以上结果表明,常压甘油自催化预处理木质纤维素基质适用于纤维素乙醇发酵;分批补料式半同步糖化发酵策略可用来进行浓醪纤维素乙醇发酵;未来工作中提高基质纯度和强化酶解产糖是浓醪纤维素乙醇达到"三高"指标的关键。     

戊糖和己糖共发酵生产燃料乙醇条件研究

利用嗜鞣管囊酵母P-01对木糖和葡萄糖共发酵生产燃料乙醇的条件进行了试验研究,结果表明,木糖和葡萄糖混合液生产燃料乙醇的最佳条件为发酵液的pH值5.5、30℃、摇床转速120 r/min、接种量10%、发酵液初始糖浓度6%、葡萄糖与木糖之比为2、发酵周期为84h。在最佳发酵条件下,发酵醪液中的燃料乙醇浓度为2.101%,糖醇转化率为35%。     

Logistic模型在不同还原糖初始浓度乙醇发酵中的应用

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)利用可发酵性糖生成乙醇的过程与效率受多种环境因素的影响。研究乙醇形成的动力学有利于理性认识乙醇形成机理,为放大与优化工艺条件提供理论指导。对Logistic模型方程重新参数化,将酵母生长动力学方程类比乙醇生成动力学,拟合性很好,对不同初始浓度还原糖的乙醇同步糖化发酵过程进行Logistic模型方程模拟,给出了乙醇浓度的显式函数模型,用310g/L玉米粉物料浓度的同步糖化发酵工艺,首次揭示在酿酒酵母工业菌株能够承受的一定的糖化醪还原糖浓度范围内,尽可能提高还原糖浓度至上限,可以缩短发酵周期,提高可发酵性糖转化为乙醇的转化率。这对于优化乙醇工业生产工艺条件、提高生产效率具有较重要的实践指导意义与应用价值。     

Kluyveromyces marxianus发酵己糖和戊糖生产乙醇

对利用底物广泛的乙醇发酵菌株马克斯克鲁维(Kluyveromyces marxianus)DL1菌株与工业用乙醇发酵菌株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)6525利用己糖(葡萄糖、甘露糖、半乳糖)和戊糖(木糖、阿拉伯糖)的情况进行对比研究。结果发现:以己糖为底物时,K.marxianus DL1均表现出细胞生长快、乙醇得率高的特点;在不通气、糖20 g/L条件下,K.marxianus DL1的最大乙醇质量浓度均比S.cerevisiae 6525高出10%左右,细胞量及乙醇生产强度分别是S.cerevisiae 6525的近2和1.7倍。当以戊糖为底物时,K.marxianus DL1可以利用木糖和阿拉伯糖;在不通气、糖20g/L条件下,K.marxianus DL1利用木糖产木糖醇和乙醇,乙醇终质量浓度可达7.68 g/L,木糖醇质量浓度为9.12 g/L;以阿拉伯糖为发酵底物时,阿拉伯糖醇的产量可达6 g/L左右;而S.cerevisiae 6525不能利用戊糖。马克斯克鲁维酵母比酿酒酵母更适合纤维乙醇生产。     

沙柳原料高浓度底物酶解发酵乙醇工艺

为了提高沙柳生物转化过程的经济可行性,考察了沙柳原料经过蒸爆、超微粉碎+稀酸、超微粉碎+稀碱预处理后高浓度底物补料酶解的效果,并对其高浓度水解糖液进行了乙醇发酵。结果表明:蒸爆处理法水解效果最好,通过补料酶解,底物质量分数可以达到30%,酶解液中总糖质量浓度达到132 g/L,葡萄糖质量浓度105 g/L;超微粉碎+稀酸预处理原料底物质量分数可以达到22%,酶解液中总糖质量浓度达到123 g/L,葡萄糖质量浓度73 g/L;超微粉碎+稀碱预处理原料底物质量分数可以达到22%,酶解液中总糖质量浓度133 g/L,葡萄糖质量浓度77 g/L。3种预处理使沙柳原料的酶解糖液都可以较好地被酿酒酵母利用发酵产乙醇,蒸爆处理原料的酶解糖液乙醇发酵效果最好,乙醇质量浓度达到47 g/L。     

一个酿酒酵母呼吸突变株在高糖胁迫下的生理特性研究

MF11a为甘蔗糖蜜乙醇发酵野生型高产菌株MF1002的呼吸突变体,对糖分的利用能力显著高于MF1002。本文研究了这两菌株应激高糖胁迫的生理特性变化。结果表明,高糖培养条件下,MF11a菌株的生长和乙醇发酵受抑制的程度均明显低于MF1002,培养基的葡萄糖浓度为30%和40%时,其最大菌体密度、最高出芽率和乙醇浓度等已显著高于MF1002,表明MF11a较MF1002具有更强的高糖耐受能力。在30%葡萄糖的胁迫培养条件下,两菌株胞内的总超氧化物歧化酶(SOD)活力、过氧化氢酶活力、过氧化物酶活力,及它们细胞质和线粒体的ATP酶活力均显著上升,说明这五种酶均参与了两菌株的高糖胁迫反应。其中,MF11a的胞内过氧化氢酶活性、过氧化物酶活力、细胞质ATP酶活力在高糖胁迫下的上升幅度显著高于MF1002,表明这三种酶活力可能与MF11a菌株的高糖耐受能力有关,可作为该菌株进一步改造的指导指标。     

鹰嘴豆孢克鲁维酵母利用菊芋原料同步糖化与发酵生产乙醇

菊芋含有大量的菊粉多糖,且种植简单、产量高,是极具开发价值的替代玉米等粮食作物生产燃料乙醇的原料。文中研究了鹰嘴豆孢克鲁维酵母Y179利用菊芋原料同步糖化与发酵生产乙醇。鹰嘴豆孢克鲁维酵母Y179具有高效分泌菊粉酶的能力,摇瓶试验显示Y179酵母能够利用完全由菊芋原料配制而成的培养基良好生长并发酵产生乙醇。通气及温度对乙醇产量影响明显,相对厌氧环境对Y179酵母发酵产乙醇具有促进作用,30℃发酵温度相对37℃和42℃更有利于乙醇产量提高。种子液培养时间及接种量对乙醇产量影响较小。在5 L发酵罐中以10%(V/V)量接入预培养36 h的Y179种子液,发酵液完全由菊芋干粉配制而成,总糖含量22%(W/V),30℃不通气,300 r/min搅拌,发酵144 h时,乙醇浓度达到12.3%(V/V),糖醇转化效率86.9%,糖利用率大于93.6%。初步研究结果显示鹰嘴豆孢克鲁维酵母Y179在利用菊芋原料生产乙醇方面具有良好应用前景。     

圆红冬孢酵母利用生物乙醇废水-木薯粉水解液发酵产油

【目的】获得能够高效降解生物乙醇废水化学需氧量(COD)的圆红冬孢酵母菌株,评估废水初始COD浓度对驯化菌株生长的影响,将木薯粉生产微生物油脂和高浓度有机废水降解过程整合,以生物乙醇废水为水源制备生物乙醇废水-木薯粉水解液培养基,明确产油效率高、生物乙醇废水COD降解率高的初始还原糖浓度。【方法】采用在高浓度的生物乙醇废水中进行多次驯化的方法,获得能够适应废水环境的圆红冬孢酵母菌株;采用双酶水解法对加入乙醇废水中的木薯粉进行水解;采用重量法监测生物量浓度变化,采用酸热法提取油脂,重铬酸钾法监测COD,DNS法测定废水还原糖浓度,凯氏定氮法测定总氮,钼酸铵比色法测定总磷。【结果】通过驯化筛选得到一株能耐受高浓度生物乙醇废水的优势菌株Rhodosporidium toruloides D5。以未稀释的废水为培养基,驯化菌株的最终生物量浓度和COD降解率分别为3.8 g/L和75.0%。采用生物乙醇废水-木薯粉水解液发酵时,控制初始还原糖浓度低于30 g/L时,生物量浓度和油脂浓度随初始还原糖浓度的升高而升高,均在120 h时达到最高COD降解率,初始还原糖浓度对达到的最大COD降解率无明显影响,废水N、P去除率分别达到99%和92%以上。【结论】在未经稀释的高浓度生物乙醇废水中可获得较高的生物量浓度;采用高浓度生物乙醇废水-木薯粉水解液培养基发酵产油,初始还原糖浓度为30 g/L,可在保证高油脂产量的同时,实现废水COD的高效降解,有效回收利用废水中残余的N、P源,从而降低微生物油脂生产和废水处理成本,研究结果可为开发廉价微生物油脂生产技术提供有用的参考。     

树干毕赤酵母和酿酒酵母混合糖发酵产乙醇

以树干毕赤酵母和酿酒酵母为发酵菌株,酸性蒸汽爆破玉米秸秆预水解液和纯糖模拟液为C源,采用固定化酵母细胞的方法,研究了酸爆玉米秸秆预水解液初始pH、N源种类及其浓度、3种发酵模式对树干毕赤酵母戊糖发酵的影响。结果表明:玉米秸秆预水解液适合发酵的初始pH范围为6.0～7.0;1.0 g/L的(NH4)2SO4作为N源,在40 g/L葡萄糖和25 g/L木糖培养基中发酵24 h,糖利用率达到99.47%,乙醇质量浓度为24.72 g/L,优于尿素和蛋白胨作为N源;3种模式的发酵体系中,以游离树干毕赤酵母和固定化酿酒酵母发酵性能最好,糖利用率和乙醇得率分别为99.43%和96.39%。     

亚硫酸盐甘蔗渣浆酶解液发酵制备乙醇

以亚硫酸盐甘蔗渣浆酶解液作为原料,利用C. shehatae发酵制取燃料乙醇。结果表明：还原糖最适初始质量浓度为葡萄糖140 g/L、木糖60 g/L、酶解液总糖80 g/L。利用初始葡萄糖55.06 g/L、木糖11.18 g/L、纤维二糖4.51 g/L的亚硫酸盐甘蔗渣浆酶解液发酵,经18 h获得乙醇22.98 g/L。乙醇得率为67.23%,葡萄糖利用率为99.27%,木糖利用率为32.96%,C. shehatae适合作为蔗渣为原料的乙醇发酵菌株。     

葡萄酒酿酒酵母果糖利用影响因素的研究进展

葡萄酒酒精发酵后期,酿酒酵母果糖利用能力与酒精发酵中止和发酵不彻底密切相关,而且残余果糖还可能带来微生物污染和酒体失衡的危险。从酿酒酵母己糖跨膜转运、己糖胞内磷酸化及发酵条件(葡萄糖浓度、乙醇和温度)对果糖利用影响等方面的研究进展进行了综述,对筛选和构建高果糖利用优良葡萄酒酿酒酵母研究,以及生产中合理控制酒精发酵过程具有重要指导意义。     

高浓度糖发酵制备乙醇

以树干毕赤酵母为发酵菌株,混合糖（木糖、葡萄糖）为发酵底物,通过培养基和培养条件的改变来确定树干毕赤酵母高糖浓度发酵时所需的条件。研究结果表明：在24h发酵周期内初始木糖质量浓度为63．0g／L较适宜;在36h发酵周期内初始木糖质量浓度为72．0g/L较适宜。24h发酵周期内,在36．0g／L木糖中添加的葡萄糖质量浓度以54．0g/L为最佳,发酵结束乙醇质量浓度达32．9g／L;36h发酵周期内,添加的葡萄糖质量浓度以72．0g／L为最佳,发酵结束乙醇质量浓度为36．9g／L。以（NH4）2SO4为N源时较适合戊糖发酵制备乙醇,（NH2）2SO4的最佳质量浓度为1．1g／L。发酵前8h摇床转速为90r／min,后16h为150r／min,乙醇质量浓度较高,可达17．5g/L。