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超高浓度(very high gravity,VHG)乙醇发酵由于潜在明显提高发酵终点乙醇浓度从而在后续精馏等下游工序中可节约大量能耗,因此该技术近年来备受关注。因为能耗成本占乙醇生产总成本的30%以上,所以,提高发酵终点乙醇浓度从而降低能耗对于降低乙醇的生产成本具有重要意义。然而,VHG乙醇发酵面临一些难题阻碍着该技术的有效应用。其中,一个主要困难是在VHG乙醇发酵条件下酵母菌受到高浓度糖和高浓度乙醇的双重胁迫,导致发酵不完全、底物转化率低以及发酵速率下降。因此,如何提高发酵过程中酵母所受到胁迫的耐受性,可能对于超高浓度乙醇发酵的顺利进行至关重要。本研究尝试在超高浓度乙醇发酵稳定期向培养基添加低浓度乙醛,以考察其对自絮凝酵母SPSC发酵状况的影响。结果表明,低浓度乙醛对VHG乙醇发酵具有促进作用,因此,实验进一步探索与改善发酵状况可能相关的酵母生理方面的变化。首先,考察了外源添加乙醛对起始葡萄糖浓度为330g·L-1的VHG乙醇发酵状况的影响,然后,确定VHG乙醇发酵的最佳乙醛添加策略,结果得到的最佳乙醛添加策略为:从发酵30h开始,每隔3h添加终浓度0.1g·L-1的乙醛,直至发酵54h后停止添加。在最佳乙醛添加条件下,发酵终点的乙醇浓度为17.0%(v/v),比对照组(不添加乙醛)提高了约10%,同时,乙醇产率比对照组提高了11%,而发酵液中残糖的浓度比对照组降低了21%。这些数据表明,外源添加廉价的乙醛可发展成为一种促进VHG乙醇发酵的经济实用的工艺控制手段。实验进一步通过在乙醛最佳添加条件下,探索与观察到的发酵状况改善可能相关的酵母生理方面的变化。结果表明,生长于培养基中添加低浓度乙醛的酵母细胞的质膜ATP酶活力明显比对照组(不添加乙醛)高。与此同时,在发酵后期当乙醇胁迫剧烈时,生长于添加低浓度的乙醛的细胞也明显保持较低的细胞膜透性。这些数据表明,生长于添加低浓度乙醛的细胞保持相对较高的质膜ATP酶活力和相对较低的细胞膜透性有助于促进VHG乙醇发酵。由于酵母细胞膜是环境胁迫因子攻击的第一道屏障,因此,实验也考察了添加乙醛对VHG乙醇发酵中受胁迫酵母细胞膜磷脂脂肪酸组分的影响。结果表明,尽管生长于添加乙醛条件下菌体的细胞膜棕榈酸(16:0)含量有所下降,但是观察到其饱和脂肪酸(SFAs)与不饱和脂肪酸(UFAs)的比值明显提高,特别是硬脂酸(18:0)的含量明显升高,同时,棕榈油酸(16:1)和油酸(18:1)的含量降低。而且,以生物膜(细胞整个膜系统)作为实验材料分析也表明,有关乙醛诱导的生物膜脂肪酸组分的变化也表现出与细胞膜类似的变化趋势,即观察到生物膜的饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸比值也明显提高,尽管导致该比值提高的饱和脂肪酸的种类与通过分析细胞膜脂肪酸组分所观察的结果有所不同,例如,生物膜的SFAs/UFAs比值提高是由于月桂酸(12:0)和棕榈酸(16:0)的含量提高引起的,而细胞膜则是由于硬脂酸(18:0)的含量提高引起的。这些关于乙醛诱导的磷脂脂肪酸组分变化的数据具有重要的生物学意义。因为在VHG乙醇发酵后期,酵母细胞受到强烈的乙醇胁迫,而饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸比值的提高将会赋予细胞更强的能力以抵抗乙醇对细胞膜的“流化”冲击作用。目前,虽然本工作对于所观察到的乙醛介导的酵母生理方面变化的确切机制尚不完全清楚,但是,研究所获得的这些重要实验数据可能有助于该问题的进一步探索。