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一种酿酒酵母在工业废弃玉米芯残渣中的适应性进化方法

作者：本站编辑      2023-07-01 23:13:00     33

Inhibitor analysis and adaptive evolution of Saccharomyces cerevisiae for simultaneous saccharification and ethanol

Fermentation from industrial waste corncob residues

通讯作者：华东理工大学、鲍杰教授

期刊：《Bioresource Technology》

年份：2014

DOI：10.1021/acsnano.3c02333 10.1016/j.biortech.2014.01.060

研究背景

目前，中国每年生产2000多万吨玉米芯，其中相当一部分玉米芯由于木聚糖含量高而被用作木糖醇和糠醛生产的原料，但每年约有50万吨玉米芯残留物作为固体废物产生。而工业废弃玉米芯残渣（CCR）富含纤维素（高达50%），酶水解不需要成本密集型的预处理，因为玉米芯的上游稀酸水解已经深度提取了其半纤维素（木聚糖）并破坏了其木质纤维素结构。由于这些优点，CCR已在以前的许多研究中用于乙醇生产。

研究内容

在先前的研究中，当工业废弃玉米芯残渣（CCR）用于乙醇发酵时，观察到酿酒酵母的滞后期长且发酵性能差。华东理工大学鲍杰教授的团队对CCR水解产物中的典型抑制剂进行了定量，并提出了一种进化适应方法，以提高乙醇发酵菌株酿酒酵母DQ1对酚类物质的耐受性。

 

首先，作者评估了酿酒酵母DQ1在25%（w/w）的固体负载下对CCR进行SSF（糖化与发酵共同进行）的发酵性能，并定量分析了CCR水解产物中的抑制剂，发现发酵滞后明显（76 h），比使用具有相似初始葡萄糖的玉米秸秆（18 h）、云杉（24 h）或玉米芯（18 h）的通常发酵时间长50小时。主要抑制因素为水解产物中的5种酚类化合物，包括2-糠酸、愈创木酚、对羟基苯甲酸、对香豆酸、阿魏酸。接着，作者对比研究了不同浓度的五种酚类化合物对酿酒酵母DQ1的细胞生长和发酵性能的抑制作用，发现2-糠酸、对香豆酸、阿魏酸在低浓度下都导致了酿酒酵母的生长和发酵能力明显下降。为了提高酿酒酵母对抑制剂的耐受性，作者设计了将菌株依次转移到CCR含量增加的适应培养基中的逐步适应方法，对比发现最优方法为三步适应法（E），首先将酵母种子接种具有50%（v/v）水解产物的适应培养中，然后将适应培养物接种含有75%（v/v）水解产物的适应培养基中，接着将两步适应培养物接种到含有纯水解产物的适应培养基中，最后将种子接至发酵培养基中。此方法SSF获得了最高的乙醇浓度和产量，分别为53.62g/L和69.9%（方法E），发酵周期约为36小时，明显改善了CCR乙醇发酵滞后的问题。作者还在5 L和50 L发酵罐中验证了此进化适应方法是有效的。
综上，CCR中水不溶性酚类化合物是酿酒酵母DQ1生长和发酵不良的原因。而通过梯度比例的适应培养基培养酿酒酵母DQ1，能有效改良DQ1在CCR的SSF，获得了高乙醇浓度（62.68g/L）和产率（55.7%）。

（许伟楷 摘译）

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