木质纤维素水解液中抑制物对酿酒酵母发酵的影响及应对措施概述

木质纤维素是一种典型的生物质,微生物可将其转化为燃料乙醇。在木质纤维素的资源化利用过程中,酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是常用菌种之一,可代谢木质纤维素水解液的主要有机质组分(糖类)产生乙醇。研究表明多种物质影响酿酒酵母的代谢活性,降低木质纤维素的转化效率,全面了解抑制物的种类和应对措施对木质纤维素分解工艺的调控优化具有重要意义。文章概述了木质纤维素水解液中常见的抑制物种类,不同抑制物对酿酒酵母的影响以及减少抑制物对酿酒酵母代谢过程的抑制作用的方法。     

纤维素乙醇发酵方法及发酵抑制物

木质纤维素原料利用生物转化法生产燃料乙醇包括预处理、酶解、发酵和蒸馏等过程,其中预处理与酶解是影响纤维乙醇经济性的主要步骤,综述了纤维素乙醇的主要发酵方法及前期预处理产生的抑制物对发酵的影响,为开发经济性生产纤维乙醇工艺奠定基础。     

木质纤维素水解过程中发酵抑制物的产生与脱毒

木质纤维素是自然界最丰富的可再生资源,含有大量的碳水化合物。自水解/稀酸水解是木质纤维酶解糖化和生物转化高附加值产品的重要预处理手段。水解过程中碳水化合物解聚溶解转化成可发酵糖,但目前所采用的水解预处理方法中,同时还会产生一些低分子发酵抑制性物质,一般包括低分子有机酸、糠醛类和溶解性酚类物质等,这些抑制物严重影响了微生物对水解产物的发酵活性,从而大大降低了发酵目标产物的得率。本文对木质纤维素水解过程中发酵抑制性物质的产生途径和影响因素,发酵抑制物的种类与抑制机理,以及目前对这类物质的脱毒方法进行了综述和前景展望。     

邻苯二酚对酿酒酵母理化特性的影响

邻苯二酚是木质纤维素水解液中一种主要的细胞生长抑制物,毒性作用较强,能抑制后续酒精发酵过程中酿酒酵母的生长和发酵性能。本文研究邻苯二酚对酿酒酵母GGSF16理化特性的影响,结果表明,邻苯二酚质量浓度为1.2 g/L时,明显抑制酿酒酵母细胞的生长和代谢,导致消耗葡萄糖的时间变慢和乙醇发酵周期变长,降低乙醇生成率;明显改变酵母细胞的膜通透性,使胞内核酸和蛋白质发生内漏,含量分别是对照组的2.50,2.01倍;细胞内的应激代谢物海藻糖含量显著升高2.89倍;此外,为了抵抗细胞的氧化损伤,胞内GSH含量显著降低70.63%。扫描电子显微镜显示：用邻苯二酚处理后,表面光滑、饱满的酵母细胞的细胞壁和细胞膜被破坏,出现空洞、大量撕裂碎片和彼此之间粘黏等现象,细胞失去保护作用而死亡。本研究初步明确了酚类物质对酿酒酵母的损伤和毒性机制,为进一步揭示木质纤维素水解液对酿酒酵母的抑制作用提供参考。     

提高酿酒酵母耐受性能的研究进展

近年来,随着酿酒酵母被广泛地应用于工业生产,其发酵产物乙醇受到各界的广泛关注。但由于酿酒酵母对乙醇的毒性作用很敏感及发酵过程中的动态变化,导致酿酒酵母的生长和代谢受到多种环境胁迫因素的抑制。如何提高酿酒酵母的耐受性成为当前研究的重中之重。通过综合分析酿酒酵母在发酵生产过程中的耐受机理及抑制因素,总结提高酵母耐受性能的方法,为提高酿酒酵母的耐受性提供见解。     

纤维素选择性酸水解废液发酵制备乙醇工艺的研究

酸水解木质纤维素制备微晶纤维素的过程中会产生一定量的废液,此废液中含有大量的还原糖。本课题研究了Fe3+助HCl选择性水解纤维素制备微晶纤维素过程中产生的废液,用于发酵制备生物乙醇,探索其发酵可行性。利用响应曲面分析法考察了酿酒酵母接种量、发酵温度、还原糖浓度、发酵时间四个工艺参数对响应值乙醇浓度的影响,优化发酵工艺参数,最终确定合理工艺条件。研究结果表明:当酿酒酵母接种量10.46%,发酵温度40℃,还原糖浓度60g/L,发酵时间42h时,乙醇浓度实际值可达15.6245g/L,乙醇得率为26.04%,此废液用于发酵制备乙醇的工艺可行。     

木质纤维素生产乳酸研究获突破

日前,中国科学院过程工程研究所万印华研究员的团队分离得到一株高温乳酸生产菌BacilluscoagulanslPE22。该菌株能够利用葡萄糖、木糖和阿拉伯糖同型发酵生产乳酸,并且对木质纤维素水解液中多种发酵抑制物具有耐受性。利用木质纤维素原料生产乳酸是目前的研究热点。然而,受限于乳酸生产菌种,以木质纤维素为底物进行乳酸发酵时,通常分为多个独立的操作单元导致发酵效率不高,影响了木质纤维素发酵生产乳酸的工业化进程。     

燃料乙醇生产中提高酵母发酵能力方法概述

木质纤维素水解液含有许多抑制性物质降低了发酵效率,为了提高发酵效率,提高酿酒酵母耐受性,使之在环境迫胁条件下可以有效地进行发酵。本文对提高酵母发酵性能的方法进行概述。     

木质纤维素原料预处理技术相关研究进展

木质纤维原料是地球上最丰富的可再生资源,开发木质纤维原料的应用必须经过不同预处理,但预处理过程中均会产生一些副产物,大多数会对后续的糖化及发酵具有抑制作用。针对不同木质纤维素原料采取的预处理方法进行了综合性分析,并阐述了预处理副产物的抑制机理,指出了最有效的抑制物解除方法。最后对如何选择成本低,产生副产物少,且纤维素回收率及酶解率高的预处理方法及其工业生产的应用前景进行了展望。     

木质素对纤维素酶水解抑制作用的研究进展与展望

木质纤维素原料作为新一代生物乙醇发酵的原料备受关注,但在实际生产制备过程中木质纤维素中木质素的存在对纤维素酶水解纤维素这一过程产生了抑制作用,限制了木质纤维素资源在生物乙醇发酵方面工业化规模的推广与应用。本文通过归纳近年来有关减少木质素对纤维素酶水解的抑制、提高酶水解效率的研究进展,明确提出了推动木质纤维生物质炼制实现工业化所需深入探索的策略和方向。     

海藻糖与酿酒酵母乙醇耐受性相关性的研究进展

为了得到具有高富锌能力的酵母菌,该研究以面包来源的酵母菌DLY28为出发菌株,重复驯化后筛选获得一株优良耐锌酵母,并通过单因素试验及响应面试验对其富锌培养基进行优化。结果表明,通过驯化筛选得到一株优良耐锌酵母S7,其富锌的最优培养基组成为蔗糖含量82 g/L、胰蛋白胨含量26 g/L、锌含量404 mg/L。在此最优条件下,富锌酵母S7的锌吸附量为18.79 mg/g,生物量（OD600 nm值）为1.49。该研究为富锌酵母的生产以及食品有机锌的开发应用提供理论依据。     

细胞膜对酿酒酵母乙醇耐受性影响的研究进展

酿酒酵母因其发酵工艺成熟主要被用于燃料乙醇生产及酿造行业。然而发酵过程中乙醇积累对酵母细胞的毒害是限制乙醇产量的主要因素之一,乙醇积累引起的细胞膜变化是研究酵母细胞乙醇耐受性的重要方面。该文介绍了乙醇对酵母细胞膜的作用机理,以及膜脂质,膜蛋白,膜特性与乙醇耐受性之间的关系,提出了细胞膜在酵母乙醇耐受方面所起的重要作用。     

大豆脂肪酸对酿酒酵母酒精耐性的影响

通过向酒精发酵醪中添加不同量的大豆粉和脂肪酸，探讨大豆脂肪酸对酵母形态及酒精耐性的影响。结果表明，添加大豆粉可维持酵母细胞形态不变，降低残糖和提高酒精发酵的浓度，说明大豆粉可有效提高酵母菌的酒精耐性。大豆中的油酸、亚油酸可提高酵母菌的耐酒精性能，但不起维持细胞形态的作用。模拟大豆中主要脂肪酸含量，添加棕榈酸、油酸、亚油酸进行实验，结果表明，随添加量的增加，酒精浓度升高，但其作用小于添加脂肪酸含量相同的大豆粉的作用，且不能维持细胞形态不变。     

酿酒酵母的乙醇耐受性分子机理与全转录工程

研究酿酒酵母对乙醇耐受性的机理,对于发展乙醇生产有重要意义.酿酒酵母乙醇耐受性涉及到基因组水平上许多基因的复杂的相互作用,已知许多影响细胞膜的完整性和通透性、细胞壁结构、蛋白质构象,以及糖和氨基酸等的吸收等基因都与乙醇耐受性有关,与乙醇诱导相关的基因往往也与其他的环境因素如渗透压、热激、化学毒性、氧化压力等诱导的基因有关或重叠.因此,从基因转录动力学研究酿酒酵母乙醇耐受性并通过全转录工程构建乙醇耐受性工程菌己成为重要的研究热点.该文对近年来酿酒酵母乙醇耐受性分子机理以及全转录工程构建工程菌的研究作一综述,旨在为了解酵母乙醇耐受性机理和培育乙醇耐受性高产酵母菌株提供参考.     

同步糖化发酵菊芋生产酒精中黑曲霉菌株的选育

使用以菊粉为惟一碳源的培养基从自然界中分离出6株产菊粉酶较强的菌种，其中黑曲霉SL-08还可以最大程度地提高塞尔雏亚酵母Z—06的发酵活力和耐酒精能力，通过紫外和亚硝基胍诱变，得到菌株SL-09，酶活提高近两倍。以菊芋粉为底物，利用黑曲霉SL-09和塞尔雏亚酵母Z-06采用同步糖化与发酵法，30℃发酵60h，使发酵醪酒精体积分数达到19．0％，转化率为理论转化率的86％。     

3株酿酒酵母发酵过程中有机酸含量变化分析

通过高效液相色谱法对3株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)发酵过程中葡萄糖、甘油、乙醇及有机酸含量进行测定分析。结果表明:S.cerevisiae1946发酵体系中甘油和乙醇的含量显著高于S cerevisiae P1和S.cerevisiae 32788发酵体系(P0.05);3株酿酒酵母发酵液中7种有机酸存在明显的差异性和规律性;S.cerevisiae 1946发酵体系中有机酸的含量低于S.cerevisiae P1和S.cerevisiae 32788发酵体系,S cerevisiae的产酸水平与产乙醇能力呈负相关关系。     

Bioethanol production from rice straw by a sequential use of Saccharomyces cerevisiae and Pichia stipitis with heat inactivation of Saccharomyces cerevisiae cells prior to xylose fermentation

In order to establish an efficient bioethanol production system from rice straw, a new strategy to ferment the mixture of glucose and xylose by a sequential application of Saccharomyces cerevisiae and Pichia stipitis was developed, in which heat inactivation of S. cerevisiae cells before addition of P. stipitis was employed. The results showed that heating at 50°C for 6h was sufficient to give high xylose fermentation efficiency. By application of the inactivation process, 85% of the theoretical yield was achieved in the fermentation of the synthetic medium. At the same time, the xylitol production was reduced by 42.4% of the control process. In the simultaneous saccharification and fermentation of the lime-pretreated and CO(2)-neutralized rice straw, the inactivation of S. cerevisiae cells enabled the full conversion of glucose and xylose within 80 h. Finally, 21.1g/l of ethanol was produced from 10% (w/w) of pretreated rice straw and the ethanol yield of rice straw reached 72.5% of the theoretical yield. This process is expected to be useful for the ethanol production from lignocellulosic materials in the regions where large-scale application of recombinant microorganisms was restricted.     

高乙醇转化率酿酒酵母工程菌株构建研究进展

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)发酵产生乙醇的过程中,甘油的生成所消耗的碳源约占总碳源的4%~10%。减少甘油合成量可提高乙醇产率与碳源利用率。其主要策略是修饰或切除一步或多步代谢反应,或引入外源相关基因以改变碳流方向与碳流量,从而使反应向有利于生成更多乙醇而少生成甘油的方向进行。文中主要综述了近年来通过代谢工程手段阻断酿酒酵母甘油的合成或降低甘油的合成量,以提高乙醇发酵糖醇转化率的研究进展。     

脂肪酸对酿酒酵母酒精耐性的影响

研究几种不同脂肪酸对酿酒酵母在存活率、生长速率和发酵方面的酒精耐性的影响。结果表明：培养基中添加两种不饱和脂肪酸（棕榈油酸和油酸）能显著增加酵母菌在酒精冲击下的存活率,其中棕榈油酸的效应更强。同时这些存活的酵母菌在含酒精培养基上的生长速率也比普通酵母菌更快,而两种饱和脂肪酸（棕榈酸和硬脂酸）在提高酵母菌存活率和生长速率方面几乎无贡献。同时在添加相同浓度不饱和脂肪酸的条件下,培养至稳定期的酵母菌比对数期酵母菌具有更高的存活率和更好的生长速率。但在发酵方面,添加短链脂肪酸（棕榈油酸和棕榈酸）能够使酵母菌发酵达到较高的酒精体积分数,这个结果与酵母菌生长耐酒精性的结果不一致,表明酵母菌生长和发酵的酒精耐性机制是不同的。     

优良本土戴尔有孢圆酵母的筛选及其在冰葡萄酒酿造中的应用

通过测定10株戴尔有孢圆酵母（Torulaspora delbrueckii）（编号为TD1～TD10）对葡萄糖、乙醇、酒石酸、SO2的耐受性能及其产β-葡萄糖苷酶性能,筛选发酵性能良好的戴尔有孢圆酵母,并将筛选菌株与酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）ST混合发酵冰葡萄汁,最后对冰葡萄酒的基本理化指标进行测定。结果表明,除菌株TD2外,其他菌株均能够耐受葡萄糖500 g/L、乙醇体积分数4%、酒石酸16 g/L及SO2 350 mg/L,其中菌株TD6与TD9产β-葡萄糖苷酶活力较高,为优良本土戴尔有孢圆酵母。将菌株TD6、TD9分别与酿酒酵母ST混合发酵冰葡萄汁时均能在30 d内完成酒精发酵,且冰葡萄酒的基本理化指标均符合国标GB/T 25504—2010《冰葡萄酒》规定。此外,戴尔有孢圆酵母的接种对整个发酵过程的发酵速率与酿酒酵母的生长起到了一定的抑制作用,并且可以降低冰葡萄酒中乙酸和乙醇含量,提高总糖含量。