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。     

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。     

超高浓度培养基条件下酵母细胞生长及酒精生成的准稳态动力学研究

在1．5L搅拌式发酵罐中,使用葡萄糖质量浓度分别为120、200、280g／L的培养基进行酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae连续发酵生成酒精的动力学研究。研究发现,当培养基中葡萄糖浓度为200和280g／L时,发酵液中残糖浓度、酒精浓度以及菌体生物量从小幅度波动的准稳态发展到大幅度波动的振荡状态。提出了伴有周期性振荡现象准稳态过程的概念,并针对该过程,建立了兼有底物和产物抑制的酵母细胞生长和产物酒精生成动力学模型。     

嗜热厌氧杆菌X514生长及代谢的初步研究

嗜热厌氧杆菌X514(Thermoanaerobactersp.X514)是纤维素乙醇生产中最具潜力的菌株之一。对X514在3种培养基中的生长及代谢特征进行分析后发现,培养基1190比GS-Ⅱ和2473更适合运用于X514的代谢研究及乙醇发酵。其次,分别在1190培养基中添加不同浓度的酵母提取物和葡萄糖,对X514的生长及代谢作进一步研究。结果表明,在0.5-2 g/L范围内,酵母提取物浓度的增加有助于提高X514的生物量,乙醇等产物的产量及乙醇产率,说明酵母提取物对X514生长及乙醇发酵有促进作用;在2-10 g/L范围内,葡萄糖浓度的增加可提高乙醇等产物的产量而不会改变各产物的产率;糖消耗量并不随着初始底物浓度的增加而线性增长,而是在一定阶段趋于消耗最大值。反映了X514在底物充分的条件下,只有通过改进其他制约条件,才有可能提高底物的利用率及产物的产率。     

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。     

利用木糖-葡萄糖为原料产乙醇酵母的筛选、鉴定及发酵试验

建立筛选利用木糖为碳源产乙醇酵母模型,获得一株适合利用木质纤维素为原料产乙醇的酵母菌株。样品经麦芽汁培养基培养后,以木糖为唯一碳源的筛选培养基初筛,再以重铬酸钾显色法复筛。通过生理生化和26D1/D2区对筛选得到的菌株进行分析和鉴定,该菌初步鉴定为Pichia caribbica。经过筛选得到的菌株Y2-3以木糖（40g/L）为唯一碳源发酵时：生物量为23.5g/L,木糖利用率为94.7 %,乙醇终产量为4.57 g/L;以混合糖（葡萄糖40 g/L,木糖20 g/L）发酵时：生物量为28.6 g/L,木糖利用率为94.2 %,葡萄糖利用率为95.6%,乙醇终产量为20.6 g/L。Pichia caribbica是可以转化木糖及木糖-葡萄糖混合糖为乙醇的酵母菌株,为利用木质纤维素发酵乙醇的进一步研究奠定了基础。     

一株中型假丝酵母发酵木糖产乙醇的特性研究

本研究对自然界中筛选得到的1株可以发酵木糖产乙醇的中型假丝酵母(Candida intermedia)的特性进行了研究.该菌株在28℃、120 r/min、72 h条件下,发酵3%木糖的乙醇产率最高,达到理论值的43.70%,发酵7%木糖得到的乙醇产量最高,为6.480 g/L.发酵时间延长到156 h,可以利用8%木糖产乙醇21.225 g/L,产率为理论值的72.87%.该菌株还可以在同样条件下,发酵13%葡萄糖得到乙醇50.965 g/L,达到理论值的76.90%.以3% 2% 3%分批补加糖,比一次性发酵8%木糖的乙醇产量提高9.91%.在葡萄糖和木糖的混合培养基中,优先利用葡萄糖,同时还表现出葡萄糖对木糖发酵的促进作用,当2%的木糖与6%葡萄糖混合时,乙醇产量比两者单独发酵的加和提高了25%.     

在含D-木糖的培养基上利用Petromyces albertensis的生长生产木糖醇

在含D-木糖培养基上培养Petromyces albertensis生产木糖醇和D—木酮糖,用高液相色谱鉴定其发酵产物.从含醋酸铵和酵母膏,初pH7.0的D-木糠培养基内获得了大量的木糖醇.木糖醇的大量产生及其酶相关的产物是在培养10天后进行观察的.D—木糖(100g/L)培养基中增补1%(V/V)甲醇,获得最高木糖醇产量为39.8g/L和D-木酮糖2.8g/L.     

树干毕赤酵母酒精发酵碳元素代谢流向分析

实验对树干毕赤酵母（Pichia stipitis）进行了4个阶段共400 h连续恒化培养,在不同阶段以30.0 g/L葡萄糖作为基本碳源,添加30.0或15.0 g/L的木糖,通过控制温度（35±1）℃,进气量100～150mL/min,搅拌转速250～300 r/min。4个阶段共建立4个连续培养的"稳态"。对碳元素进行物料衡算发现,四个阶段碳元素回收率分别为118.0 %、105.6 %、113.5 %和94.7 %。对4个近似"稳态"的碳元素的代谢流向进行分析发现：将近50.0 %左右碳元素流向产物酒精,其次是CO2和酵母细胞;木糖醇浓度与流入底物中木糖浓度有直接关系,在相同发酵条件下流入的木糖浓度越大代谢生成木糖醇浓度也越高;实验所采用的通气条件更适合底物为30.0 g/L葡萄糖和30.0 g/L木糖混合液的连续发酵。     

A parametric study on ethanol production from xylose byPichia stipitis

Characteristics of ethanol production by a xylose-fermenting yeast,Pichia stipitis Y-7124, were studied. The sugar consumption rate and specific growth rate were higher in the glucose-containing medium than in the xylose-containing medium. Specific activities of xylose reductase and xylitol dehydrogenase were higher in the medium with xylose than glucose, suggesting their induction by xylose. Maximum specific growth rate and ethanol yield were achieved at 30 g xylose/L concentration without formation of by-products such as xylitol and acetic acid whereas a maximum ethanol concentration was obtained at 130 g/L xylose. Adding a respiratory inhibitor, rotenone, increased a maximum ethanol concentration by 10% compared with the control experiment. In order to evaluate the pattern of ethanol inhibition on specific growth rate, a kinetic model based on Luong’s equations was applied. The relationship between ethanol concentration and specific growth rate was hyperbolic for glucose and parabolic for xylose. A maximum ethanol concentration at which cells did not grow was 33.6 g/L for glucose and 44.7 g/L for xylose.     

Application of Saccharomyces cerevisiae and Pichia stipitis karyoductants to the production of ethanol from xylose

Karyoductants of Saccharomyces cerevisiae V30 and Pichia stipitis CCY 39501 with the ability to ferment D-xylose to ethanol were isolated. The ability of these isolates to assimilate different sugars, ethanol tolerance and ethanol production from D-xylose was investigated. Karyoductants didn't grow on starch, lactose and cellobiose, like S. cerevisiae, but showed good growth on xylose and L-arabinose, like P. stipitis. All isolates fermented xylose to ethanol slower than P. stipitis and with lower yields, 0.09 - 0.16 g/g. They secreted also about 3.4 - 7.1 g/dm3 of xylitol to the culture medium (P. stipitis only 0.06 g/dm3). The karyoductants showed an average tolerance to ethanol when compared with the parent strains and fermented glucose in the presence of 6% alcohol whereas parent strain S. cerevisiae and P. stipitis showed exogenic ethanol tolerance of 9% and 3%, respectively.     

gTME构建共发酵木糖和葡萄糖的重组酿酒酵母

利用全转录工程（gTME）方法将全局转录因子spt15随机突变并克隆表达, 构建突变库。将突变基因连接到表达载体 pYX212上, 醋酸锂法转化入不利用木糖的酿酒酵母YPH499中, 经特定的培养基初筛获得高效利用木糖并共发酵木糖和葡萄糖的酿酒酵母重组菌株。对获得的重组菌株进行了初步研究, 该菌株能够很好的利用木糖并共发酵木糖和葡萄糖。在30oC, 200 r/min, 发酵96 h时, 50 g/L木糖和葡萄糖的利用率为94.0%和98.9%, 乙醇产率为32.4%和31.6%, 原始菌株乙醇产率为44.3%; 当木糖和葡萄糖以质量比1:1混合发酵时, 木糖和葡萄糖利用率分别为91.7%和85.9%, 乙醇产率为26%。木糖醇的含量极低。     

gTME构建共发酵木糖和葡萄糖的重组酿酒酵母

利用全转录工程（gTME）方法将全局转录因子spt15随机突变并克隆表达, 构建突变库。将突变基因连接到表达载体 pYX212上, 醋酸锂法转化入不利用木糖的酿酒酵母YPH499中, 经特定的培养基初筛获得高效利用木糖并共发酵木糖和葡萄糖的酿酒酵母重组菌株。对获得的重组菌株进行了初步研究, 该菌株能够很好的利用木糖并共发酵木糖和葡萄糖。在30oC, 200 r/min, 发酵96 h时, 50 g/L木糖和葡萄糖的利用率为94.0%和98.9%, 乙醇产率为32.4%和31.6%, 原始菌株乙醇产率为44.3%; 当木糖和葡萄糖以质量比1:1混合发酵时, 木糖和葡萄糖利用率分别为91.7%和85.9%, 乙醇产率为26%。木糖醇的含量极低。     

纤维素降解产物对Kluyveromyces marxianus 1727共发酵葡萄糖和木糖的影响

研究纤维素酸水解产生的4种副产物乙酸、甲酸、糠醛、5-羟甲基糠醛及发酵产物乙醇对Kluyveromyces marxianus 1727共发酵葡萄糖和木糖的影响。结果表明:5.0 g/L乙酸和1.0 g/L甲酸对葡萄糖和木糖共发酵具有明显的抑制作用;1.0 g/L糠醛和5-羟甲基糠醛基本不影响K.marxianus 1727发酵葡萄糖,且能够被K.marxianus1727转化为毒性相对较低的物质。由于5-羟甲基糠醛的转化速率慢,对K.marxianus 1727发酵木糖的抑制程度大于糠醛。乙醇对K.marxianus 1727发酵木糖具有抑制作用,当乙醇质量浓度大于20 g/L时,生物量及木糖利用率约是对照的44%和70%。     

Direct fermentation of raw starch using a Kluyveromyces marxianus strain that expresses glucoamylase and Alpha‐amylase to produce ethanol

Raw starch and raw cassava tuber powder were directly and efficiently fermented at elevated temperatures to produce ethanol using the thermotolerant yeast Kluyveromyces marxianus that expresses α‐amylase from Aspergillus oryzae as well as α‐amylase and glucoamylase from Debaryomyces occidentalis. Among the constructed K. marxianus strains, YRL 009 had the highest efficiency in direct starch fermentation. Raw starch from corn, potato, cassava, or wheat can be fermented at temperatures higher than 40°C. At the optimal fermentation temperature 42°C, YRL 009 produced 66.52 g/L ethanol from 200 g/L cassava starch, which was the highest production among the selected raw starches. This production increased to 79.75 g/L ethanol with a 78.3% theoretical yield (with all cassava starch were consumed) from raw cassava starch at higher initial cell densities. Fermentation was also carried out at 45 and 48°C. By using 200 g/L raw cassava starch, 137.11 and 87.71 g/L sugar were consumed with 55.36 and 32.16 g/L ethanol produced, respectively. Furthermore, this strain could directly ferment 200 g/L nonsterile raw cassava tuber powder (containing 178.52 g/L cassava starch) without additional nutritional supplements to produce 69.73 g/L ethanol by consuming 166.07 g/L sugar at 42°C. YRL 009, which has consolidated bioprocessing ability, is the best strain for fermenting starches at elevated temperatures that has been reported to date. © 2014 American Institute of Chemical Engineers Biotechnol. Prog., 30:338–347, 2014     

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。     

C．shehatae TZ8耐乙醇菌株的筛选及发酵性能研究

以C.shehataeTZ8为出发茵株,利用1％溶壁酶和1％蜗牛酶酶解1．5h,制备成C.shehataeTZ8原生质体,并对原生质体进行紫外诱变,以含不同浓度乙醇的木糖液体培养基培养进行初筛和复筛,获得一株遗传性能稳定、耐乙醇能力达5．5％（v／v）的蕾株C．shehataeTZ8-4,比初始菌株耐乙醇能力提高了2％。对突变株C．shehataeTZ8-4发酵性能的研究结果表明：C．shehataeTZ8-4发酵糖能力从80g/L（葡糖糖和木糖比为2：1）提高到120g／L,最大乙醇产量从27．41g／L提高到43．12g／L。