基因工程酵母發(fā)酵木糖生產(chǎn)酒精的研究.pdf

1、木糖是植物纖維原料水解產(chǎn)物中含量?jī)H次于葡萄糖的一種單糖,木糖的酒精發(fā)酵一直被人們視為植物纖維原料生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)酒精的關(guān)鍵技術(shù)之一.常用的釀酒酵母只能發(fā)酵葡萄糖,不能利用來(lái)自半纖維素的木糖.少數(shù)微生物如Pichiastipitis、Candida shehatae等雖然能夠利用木糖,但由于要求"半好氧"的發(fā)酵條件及較差的乙醇耐受性而不適合工業(yè)化應(yīng)用.本文以基因工程酵母.Saccharomycescerevisiae ZU-10為發(fā)酵菌株,對(duì)

2、其游離細(xì)胞和固定化細(xì)胞發(fā)酵木糖生產(chǎn)酒精的主要工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,并對(duì)基因工程酵母發(fā)酵植物纖維原料水解液生產(chǎn)酒精進(jìn)行了研究. 利用基因工程酵母S. cerevisiae ZU-10發(fā)酵木糖產(chǎn)酒精的研究結(jié)果表明,S.cerevisiae ZU-10在厭氧條件下具有較強(qiáng)的發(fā)酵木糖產(chǎn)酒精的能力,80 g/L木糖、初始pH值5.5、30℃下發(fā)酵96 h后生成29.3 g/L酒精,木糖利用率達(dá)到96.1﹪,酒精產(chǎn)率為0.37.但在培養(yǎng)基中添

3、加濃度高于0.25 g/L的乙酸或者高于0.08 g/L的糠醛時(shí),基因工程酵母發(fā)酵木糖生產(chǎn)酒精將受到較大影響. 添加適量的葡萄糖可促進(jìn)木糖發(fā)酵,在30 g/L木糖培養(yǎng)液中添加40 g/L葡萄糖,36 h內(nèi)木糖利用率從以木糖為唯一碳源時(shí)的79.0﹪提高到85.7﹪.這一特性對(duì)應(yīng)用基因工程酵母S.cerevisiae ZU-10發(fā)酵植物纖維原料水解液生產(chǎn)酒精具有重要意義. 采用海藻酸鈣凝膠包埋法固定基因工程酵母,利用固定化細(xì)

4、胞在30℃下發(fā)酵80 g/L木糖,與游離細(xì)胞發(fā)酵相比,固定化細(xì)胞發(fā)酵發(fā)酵周期由96 h縮短至60 h,,木糖利用率從96.1﹪提高到了100﹪,酒精濃度由29.3 g/L增加到31.7 g/L.固定化細(xì)胞對(duì)乙酸和糠醛耐受性明顯增強(qiáng),對(duì)乙酸和糠醛的耐受性分別提高到1-2 g/L和O.12 g/L.固定化細(xì)胞發(fā)酵性狀穩(wěn)定,產(chǎn)酒精能力較強(qiáng),重復(fù)8批發(fā)酵木糖利用率均在99﹪以上,酒精濃度的平均值為31.3 g/L,酒精的平均得率為0.39.

5、 基因工程酵母S.cerevisiae ZU-10對(duì)乙酸、糠醛等抑制物較為敏感,分別對(duì)玉米秸稈半纖維素水解液采用活性炭吸附、石灰中和、真空濃縮汽提和離子交換等四種方法進(jìn)行脫毒處理.結(jié)果表明,真空濃縮汽提可脫去大部分乙酸和糠醛,再結(jié)合石灰中和除去半纖維素水解液中的SO<,4><'2->,則是一種簡(jiǎn)單有效的半纖維素水解液脫毒工藝.利用基因工程酵母固定化細(xì)胞對(duì)脫毒后的半纖維素水解液進(jìn)行酒精發(fā)酵,71.8 g/L木糖發(fā)酵72 h后殘留木糖濃

6、度為2.1g/L,木糖利用率為97.﹪,生成31.1 g/L酒精. 利用基因工程酵母S. cerevisiae ZU-10固定化細(xì)胞發(fā)酵玉米秸稈酶解液中的葡萄糖和木糖,酶解液先經(jīng)氫氧化鈉預(yù)處理,24 h內(nèi)66.9 g/L的葡萄糖和32.1 g/L的木糖發(fā)酵生成40.7 g/L的酒精.同S.cerevisae ZU-10游離細(xì)胞相比,固定化細(xì)胞發(fā)酵縮短了發(fā)酵周期,大大提高了生產(chǎn)效率.利用固定化細(xì)胞重復(fù)12批發(fā)酵玉米秸稈酶解液,葡萄