论文部分内容阅读
利用自然界丰富的木质纤维素生产燃料乙醇对于缓解世界上的能源和环境问题意义重大。底物、酶及酶解、发酵菌株及发酵，都是影响纤维素乙醇生产效率和生产成本的最重要因素；它们相互作用，共同决定了最适产醇工艺。本研究首先构建了高效表达β-葡萄糖苷酶（beta-glucosidase，简称BG）—与纤维素酶有协同作用的关键组分—的酿酒酵母工程菌株，然后在优化的纤维素酶和BG剂量、添加尿素的情况下评价和比较了工程菌株与非工程菌株从玉米芯产醇的最适工艺；最后评价和比较了其它营养添加物对发酵菌株产醇效率的影响。本研究选用酿酒酵母染色体上有数百个拷贝数的δ序列为整合位点，将实验室已有的、优化的棘孢曲霉BG基因表达盒整合到酿酒酵母实验室菌株W303-1A的染色体上，筛选得到高效表达BG的菌株45#。此菌株在发酵24h耗尽2%（w/w，下同）的纤维二糖，最大乙醇浓度0.79%，乙醇得率为理论值的73.7%（相同条件下此菌株在发酵24h耗尽2%的葡萄糖，乙醇得率为理论值的78.2%）。经酸碱预处理玉米芯的酶解实验确定了优化的纤维素酶剂量（10FPU/gbiomass）和BG剂量（5U/g biomass）。在此基础上进行了菌株45#和W303-1A、工业菌株Angel利用酸碱预处理玉米芯产醇的工艺优化与比较（固含量10%，接种量1g/kg，尿素0.33g/kg，对菌株45#不添加BG）。实验结果表明：W303-1A和Angel的最优工艺为分步糖化发酵（SHF），最大乙醇浓度分别为3.22%和3.69%，乙醇得率分别为理论值的75.6%和86.8%，而菌株45#以同步糖化发酵（SSF）工艺为佳，最大乙醇浓度为3.31%，乙醇得率为理论值的77.7%。尿素以外的营养物添加兼接种量对利用玉米芯发酵产醇的影响研究结果表明：营养物添加的效应极大地受接种量和菌株影响。接种量5g/kg下，添加尿素和玉米浆均没有明显的效应；接种量0.1g/kg下，添加尿素没有效应，但添加玉米浆显著促进了发酵产醇；接种量1g/kg下，尿素和玉米浆都在一定程度上促进了产醇且彼此存在差异。接种量1g/kg下的9种营养物的对比考察显示：对所有菌株，有机氮源（玉米浆、酵母粉、氨基酸）均能较好促进产醇；对Angel，则尿素和无机氮源(NH4)2HPO4也有较好的效应。此外，在酶解液中的预培养能够提高菌株45#的产醇效率，而对Angel的发酵产醇则没有明显的影响。