里氏木霉Rut-C30产纤维素酶培养基优化及其酶解特性

以廉价的工业纤维素诱导里氏木霉Rut-C30产纤维素酶,并对液体深层发酵培养基进行优化,采用响应面中心组合设计,以滤纸酶活为响应值,考察工业纤维素、麦麸、大豆粉浓度对纤维素酶活的影响. 结果表明,优化后的培养基组成为：工业纤维素35.62 g/L、麦麸19.37 g/L、大豆粉38.49 g/L,该条件下滤纸酶活达9.13 IU/mL,比优化前提高了72.26%,葡萄糖苷酶酶活提高了80.39%. 在121℃下用2% NaOH对玉米秸秆预处理45 min,物料中纤维素含量达64.94%,用该粗酶液酶解后酶解得率为94.68%.     

自絮凝颗粒酵母发酵菊芋汁生产乙醇

分别采用分批和连续发酵方式,对自絮凝颗粒酵母Saccharomyces cerevisiae flo发酵菊芋汁生产乙醇的条件进行了优化. 与先酶解菊芋汁后再用自絮凝酵母发酵的分步糖化发酵相比,分批发酵过程中同时加入菊粉酶和自絮凝酵母的同步糖化发酵乙醇得率高,发酵时间短. 当菊芋汁总糖浓度分别为105和179 g/L时,同步糖化发酵的最高乙醇浓度达50和82.5 g/L,比分步糖化发酵高6.4%和13.8%. 在连续发酵过程中应用同步糖化发酵法,当稀释率为0.02 h-1时,乙醇浓度约为90 g/L时达到稳定状态,乙醇得率达到理论值的90%,生产强度达2.12 g/(L×h).     

絮凝酵母高浓度重复批次乙醇发酵过程中絮凝性能衰退机理的研究

前期有关高浓度乙醇重复批次发酵的研究工作中发现,随着发酵批次的增多,SPSC01菌株的絮凝特性出现退化的现象,导致发酵时间延长,细胞沉降速率变慢,发酵系统变得不稳定。对影响SPSC01絮凝性能的因素进行了研究,并评估了这些因素对絮凝退化的影响程度。实验表明,细胞表面疏水性、乙醇浓度、细胞线粒体功能的改变,这些理化因素的影响均不足以导致酵母絮凝性能下降。而在重复批次发酵结束时SPSC01的絮凝基因FLO1的转录水平较发酵初始阶段下降了76.9%,这一改变是导致絮凝性能衰退的真正原因。研究亦发现,絮凝性能衰退的SPSC01菌体经过重新摇瓶培养后,可恢复较好的絮凝特性,表明重复批次发酵过程乙醇浓度及其变化速率对FLO1的转录有负面影响。据此依据,对高浓度重复批次发酵实验进行了优化,在每批次发酵终点泵出一部分酵母菌悬液以维持生物量在适当浓度,通过降低发酵速率来刺激酵母增殖,以维持絮凝性能。在这一操作下,发酵生产强度降低至3.9g/(L·h),每批次发酵时间控制在24h左右,菌体的絮凝特性及沉降性能在12批次后趋于稳定,并持续稳定地进行了后续13个批次的发酵。     

过表达谷氧还蛋白基因GRX5提高酿酒酵母乙酸耐性

利用可再生的纤维素原料生产燃料乙醇是国内外研究的热点。但纤维素原料一些预处理过程产生的乙酸对酿酒酵母细胞生长和乙醇发酵产生强烈抑制,因此,提高酿酒酵母细胞的乙酸耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的重要手段。本文研究了谷氧还蛋白家族中GRX5p的编码基因的过表达对酿酒酵母在乙酸胁迫条件下细胞生长和发酵性能的影响。结果表明,过表达GRX5的重组菌株在含有5 g·L^-1乙酸的平板中生长优于对照菌株;在含有5 g·L^-1乙酸的培养基中进行乙醇发酵,过表达GRX5的重组菌株可在48 h基本消耗培养基中所有的葡萄糖,发酵周期比对照菌株缩短了12 h。过表达GRX5菌株的乙醇生产强度为0.897 g·L^-1·h^-1,比对照提高了28.5%。代谢物分析结果表明,过表达GRX5的重组菌株可产生更多的保护性物质海藻糖和甘油,有利于增强菌株胁迫耐受性。     

纤维素乙醇生产重组酿酒酵母菌株的构建与优化研究进展

寻找化石能源的替代品以及开发和利用生物能源已引起国内外研究者的广泛关注。提高酿酒酵母利用来源广泛、贮存丰富的农林废弃物等木质纤维素原料生产燃料乙醇的效率是生物能源的重要研究内容,但是,重组酿酒酵母木糖发酵性能低是限制纤维素乙醇经济性的关键问题。本文总结了酿酒酵母中木糖代谢途径的构建和优化以及木糖转运对木糖利用的影响,分析了重组酵母利用纤维素水解液进行乙醇发酵的研究现状,并对进一步提高重组酿酒酵母纤维素乙醇生产效率的研究趋势进行了展望。目前国内外已经构建了可有效利用木糖产乙醇的重组酵母,但对其木糖代谢机制的研究还尚未深入,限制了重组菌株的定向改造。此外,目前缺少在纤维素生物质水解液发酵实际应用过程中对重组菌株的评价。因此,加强重组酵母菌株对木糖利用相关代谢调控机理的分析,注重多种抑制物对菌株发酵性能的影响,结合真实底物纤维素乙醇发酵过程进行重组菌株的构建和优化,从而进一步提高纤维素乙醇生产的经济性,是未来菌株构建的重要研究方向。     

锌离子对自絮凝酵母乙醇耐性和絮凝颗粒大小的影响

研究了6种金属离子在合成培养基中对摇瓶培养的自絮凝酵母乙醇耐性的影响,发现锌离子对高浓度乙醇冲击下的酵母细胞活性有保护作用,并进一步研究了乙醇连续发酵过程中锌的添加对自絮凝酵母乙醇耐性的影响。发酵培养基中分别添加0.01、0.05 和 0.1 g·L^-1的硫酸锌时,自絮凝酵母颗粒平均粒度减小,同时乙醇耐性和高温耐性都得到明显提高,并且发现细胞活性的提高与酵母细胞内麦角固醇和海藻糖的增加密切相关。对酵母细胞内锌的含量的分析表明,3个添加组胞内锌的积累量基本相似,比对照组均增加了6倍。相关性分析表明,酵母胞内锌含量与酵母细胞的胁迫耐性密切相关并显著影响其胁迫耐性。各添加组的乙醇产量均有提高,其中添加0.05 g·L^-1的硫酸锌时乙醇产量最高,比对照组高8.4%。以上研究结果表明,调控连续乙醇发酵过程中培养基中锌离子浓度,是提高酵母细胞乙醇耐受性、高温度耐受性和乙醇产量的有效途径。     

废液全循环工艺中副产物积累对自絮凝酵母生长和乙醇发酵的影响

在单级搅拌式生物反应器中,以双酶法制备的玉米糖化液为底物,进行了废糟液全循环条件下自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵实验. 每隔3 d将收集到的发酵液集中精馏处理,得到的废糟液直接用于玉米粉调浆. 实验装置连续运行25 d. 结果表明,乙酸、乳酸、丙酸、糠醛和2-苯乙醇随废糟液循环不断积累,其中丙酸积累最明显,浓度可达2.7 g/L,是唯一超过临界抑制浓度的副产物. 通过摇瓶添加实验测得上述5种副产物对酵母细胞生长和乙醇发酵的最小抑制浓度分别为3, 20, 1.5, 2和1.5 g/L,丙酸与2-苯乙醇及糠醛与2-苯乙醇之间的协同效应最强.     

木块填料对高浓度乙醇连续发酵过程中振荡行为的弱化机制

前期研究发现，添加木块填料可有效弱化管式反应器中的振荡行为，并推测其机理可能与酵母细胞的固定化、酵母细胞生长微环境的改变和管式反应器中稀释速率的改变三方面因素有关。本文实验证明了木块填料反应器的稀释率的改变不是导致振荡弱化的主要原因。进一步研究表明：一方面，与其他填料体系相比，木块填料体系不仅维持了较高的生物量浓度，而且维持了较高的细胞活性，从而具备了弱化振荡的前提条件；另一方面，与无填料体系培养出的酵母细胞相比，木块填料体系培养的酵母细胞具有较高的乙醇耐受性，从而弱化了乙醇浓度变化导致的发酵参数的大幅度波动。     

自絮凝酵母颗粒的在线检测与定量表征

引　言固定化细胞可以提高生物反应器的设备生产强度指标, 并且使产物与细胞容易分离, 因此引起人们的极大兴趣[1,2]. 利用细胞的自絮凝功能, 将其作为一种有效的固定化细胞手段, 是近年来提出的新概念, 并在乙醇发酵领域得到了发展[3,4].然而, 细胞自絮凝形成的颗粒一般都具有