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随着石油资源日渐匮乏和全球环境污染问题的日益加重,各国纷纷开始开发新型能源。纤维素是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。利用生物技术将纤维素转化为酒精,不仅节约资源,而且能够实现环境的保护。
本实验采用酶解法制备了葡萄牙假丝酵母(Candida lusitaniae)和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)原生质体,并研究了酶浓度、酶解时间、酶解温度、预处理、渗透压稳定剂及pH值等因素对其形成和再生的影响。结果表明,葡萄牙假丝酵母原生质体形成的最佳条件为:菌龄8 h,酶浓度3.0 U/mL,酶解温度30℃,山梨醇(1.0 mol/L,pH6.5)为渗透压稳定剂,酶解时间75 min;在此条件下,原生质体的形成率为93.1%。酿酒酵母原生质体形成的最佳条件为:菌龄8h,酶浓度2.0 U/mL,酶解温度30℃,KCl(0.8 mol/L,pH7.5)为渗透压稳定剂,酶解时间60 min;在此条件下,原生质体形成率为93.3%。两株菌原生质体再生的最佳培养基均为含17%蔗糖的再生培养基,再生率分别为12.4%和24.1%。
将葡萄牙假丝酵母原生质体置于紫外灯(功率15 W、垂直距离为15 cm)下照射8 min后致死率达100%;酿酒酵母原生质体置于70℃水浴锅中处理40 min后致死率达100%。将灭活的双亲原生质体进行PEG诱导融合(频率为2.7×10-6),经过TTC初筛和发酵复筛,筛选出两株既耐高温又高产酒精的菌株:融合子F-26和F-6。两融合子在42℃下发酵酒精最终含量分别为7.4%和6.9%。对筛选获得的融合子F-26与亲株146l和1516进行细胞形态的比较,可以看出融合子F-26细胞平均体积达到170.03 v/μm3,大于两亲本菌株的体积(24.97 v/μm3,154.02 v/μm3)小于两亲株的体积之和。
对菌株F-26的生长特性、发酵特性和耐受性进行研究。结果表明,菌株F-26生长的最适温度和pH分别为34℃和5.5;发酵的最适温度和最适pH值分别为34℃和5.0;最适接种量为12%;其中温度和接种量对生长和发酵的影响显著;pH对生长和发酵的影响不显著;此外,菌株F-26的耐酒精能力为14%(v/v),并且可以耐受浓度为30%以上的糖,在浓度为40%的高糖下仍能发酵产酒精。
采用正交实验优化了菌株F-26利用甘蔗渣纤维素糖化液发酵产酒精的工艺参数。在纤维素酶用量为25 IU/g甘蔗渣、酵母接种量为6%,糖化时间32 h条件下,以10%碱预处理后的甘蔗渣为底物,在42℃摇床(140 rpm)发酵60 h,菌株F-26发酵液的酒精含量最高为6.20%,分别较亲本葡萄牙假丝酵母和酿酒酵母提高了100%和27.1%。