超高浓发酵技术因其高效、节约能源、生产过程污染小等特点被广泛应用于生物乙醇的工业生产中。然而,超高浓发酵技术对酵母细胞有一定负面影响,如降低生理活性、影响发酵性能,从而导致发酵停滞,乙醇产量较低。因此,寻找高性价比的补充营养物,将其应用于生物乙醇生产中具有重要意义。有研究发现,金属离子参与多种生物化学过程,通过直接将底物结合到活性部位,或者间接使酶的结构保持在特殊构象下来控制催化作用,且金属阳离子的添加可有效提高酿酒酵母的耐受性。小麦面筋蛋白水解物也可以有效促进酿酒酵母的增值代谢,改善各种胁迫带来的不利影响。然而,金属离子和蛋白水解物的复合添加在国内外鲜有报道,两者分别及共同添加对酿酒酵母耐受性改善的机理尚不清楚。因此,本论文以酿酒酵母为研究对象,研究钾离子和蛋白水解物提高酵母耐受性的机理,以此为基础探究生物乙醇发酵过程中钾离子和蛋白水解物的最适复合添加量,为开发便捷、高性价比、高效提高生物乙醇产量的方法提供指导。论文主要研究内容和研究结果如下:(1)研究了酿酒酵母对乙醇胁迫和渗透压胁迫的响应机制。结果表明,随着蔗糖和乙醇浓度的增加,胁迫的程度增强,细胞的生理生化特性如细胞壁完整性、细胞膜通透性、活性氧及ATP含量均因胁迫而产生变化。依据生长量、活性和生理特性等指标,选定50%(w/v)蔗糖和10%(v/v)乙醇作为后续实验的最适胁迫条件。(2)研究了氯化钾改善酿酒酵母乙醇和渗透压耐受性的机理。结果表明,KCl的添加对酵母有显著影响,可提高酵母细胞的生长量、活性和耐受性。在超高浓发酵过程中,补充0.5%(w/v)KCl对酵母细胞具有最优的促进作用,其不仅提高了酵母细胞的生长量,同时通过降低细胞膜通透性、增强细胞膜稳定性和线粒体活性来提高酵母对渗透压和乙醇胁迫的耐受性,乙醇产量相较于未添加组提高了3.8%。(3)研究了氯化钾和WGH共同添加对酵母乙醇发酵的影响,并确定了最适添加量。结果表明,KCl和WGH的共同添加改善了酵母在超高浓条件下的生长活性及葡萄糖消耗量和乙醇产量,并优于单独添加KCl或WGH的促进作用。0.5%(w/v)KCl和0.3%(w/v)WGH共同添加,改善效果最好,乙醇产量达16.77%(v/v)。(4)代谢组学分析发现,KCl和WGH的添加主要影响了氨基酸、有机酸的代谢,但两者单独添加及两者共同添加对酵母胞内代谢的影响各不相同。WGH单独添加使肌醇、海藻糖及氨基酸的含量上升,有助于酵母更好的抵抗氧化胁迫;KCl单独添加使肌醇和多数氨基酸的含量下降,甘油、海藻糖含量上升,可帮助酵母抵抗乙醇和渗透压胁迫,但对氧化胁迫的抵抗作用甚微;二者的共同添加使胞内具有更多的海藻糖、甘油和氨基酸,帮助酵母抵抗外界胁迫,同时下调了乳酸代谢,使葡萄糖更多进入乙醇代谢途径,提高乙醇产量。