论文部分内容阅读
高浓度乙醇发酵具有酒精产率高、能水耗低、降低污水处理量等优点,与传统中低浓度发酵比较,可明显提高经济与社会效益,因此,受乙醇工业与科技界高度重视,成为研究热点之一。一般的酿酒酵母生产菌株,由于高浓度的初始糖度形成不利于其细胞生长发酵的环境胁迫,常常导致发酵延滞,残总糖高,降低发酵底物的利用效率,致使高浓度发酵的效能目标难以实现,甚至效益低于传统中低浓度发酵。因此,选育能够适应高浓度乙醇发酵条件的菌株对提高高浓度乙醇发酵速率、缩短发酵周期、提高综合经济效益具有重要意义。全基因组重排这种贯穿全基因组多位点的基因重组技术是构建抗胁迫和高乙醇发酵能力的酿酒酵母工业菌株的有效途径。本文首先对几株酿酒酵母工业菌株在高浓度乙醇发酵条件下的发酵能力进行比较。菌株Z1为乙醇产量最高的菌株,但是其高浓度乙醇发酵能力仍有待提高。因此本文选择Zl作为出发菌株,运用全基因组重排技术构建选育优良的酿酒酵母重组子。经过三轮的全基因组重排和多种胁迫筛选获得了一株菌株ZY01,其在常规发酵条件和高浓度发酵条件下乙醇产量分别为102.10g/L和126.96g/L。与出发菌株Z1相比,ZY01在常规发酵条件和高浓度发酵条件下乙醇产量分别提高了1.9%和5.1%。进一步研究发现细胞膜损伤是导致高浓度乙醇发酵过程中酵母细胞较差发酵表现的主要原因,重排菌株ZY01在高浓度乙醇发酵条件下的高产酒能力与其较强的细胞膜完整性有关。在前人基础上本文对高浓度乙醇发酵过程中酿酒酵母细胞膜胁迫耐受性机制进行了深入分析。结果表明,与Z1相比,重排菌株ZY01较高的乙醇生产能力得益于其对高浓度发酵过程中遭受的主要胁迫因素如高渗透压和氧化胁迫耐受性的提高。在高浓度发酵初期的高渗透压胁迫下,ZY01显示出了较出发菌株更强的生存能力和较低的细胞膜渗透性。在高浓度发酵后期的强氧化胁迫下ZY01能够更好的保持膜的稳定性,抑制细胞膜脂质的过度氧化。随后,酵母细胞耐性相关因素检测分析显示,ZY01胞内的高海藻糖含量使其更能有效的保持细胞膜的水合膜特性,从而拥有更强的抵抗发酵初期高渗透压条件下细胞失水引起的细胞活力及存活能力的下降。同时,ZY01中低的脂肪酸不饱和度及其胞内丰富的还原性谷胱甘肽也与其提高的氧化胁迫耐性相关。