葡萄糖木糖共发酵生产燃料乙醇的研究

• 作 者: 温晓瑜
• 机 构: 中国石油大学(北京)
• 出 处: 中国石油大学(北京)
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 木糖 葡萄糖 生产燃料乙醇 酵母菌株 菌株PG6 ITS区核酸序列 分子生物学鉴定

能源危机与日俱增,环境污染日益加重,对新型清洁能源的开发与利用的需求已迫在眉睫。利用农业秸秆生产燃料乙醇,既可解决清洁能源问题又可利用农业废弃物,是实现可持续发展的重要环节。但至今依然缺乏能够直接地、有效地利用纤维素水解后产生的葡萄糖、木糖共发酵生产乙醇的菌种。　　
本研究经筛选得到了82株可利用木糖作为唯一碳源的酵母菌株,经初筛及复筛后,菌株PG6在木糖发酵培养基中的乙醇产量最佳,对PG6进行了ITS区核酸序列分子生物学鉴定,PG6菌株与GeneBank中Candidaquercitrusaisolate17a/3(橡树假丝酵母)的同源性为100%。　　
为进一步提高产率,对PG6的生长特性进行研究发现,PG6在30℃时生长繁殖最佳,10-28h为指数生长期,而且对硫酸铵的利用情况最好。通过对玉米秸秆稀酸水解液进行还原总糖及戊糖含量测定,模拟水解液中葡萄糖及木糖的投放比利。对PG6的低浓度混合糖发酵进行研究表明,PG6虽能代谢木糖产乙醇,但产率较低。因此,在PG6低浓度混合糖发酵过程中添加了不同比例的酿酒酵母,结果显示,葡萄糖几乎消耗殆尽,但木糖的利用率仍相对较低。　　
为提高木糖向乙醇方向的转化率,对PG6进行了紫外及LiCl复合诱变育种,结果得到突变株PG6177效果最佳,经50g/L的混合糖发酵后,残糖总量为2.995g/L,木糖残余2.278g/L,乙醇产量达到了22.47g/L,为乙醇理论产量的86.98%。论文中对突变株木糖乙醇产量提高的原因进行了探究,即木糖醇脱氢酶突变前后的XYL2基因及酶活进行了初步研究,结果发现诱变前后,基因并没有出现差异,同源性100%,但在酶活水平上明显提高。　　
为了满足工业生产的需求,以降低工业生产成本,论文对PG6177进行了耐高糖及耐乙醇驯化研究,得到菌株WX-2,200g/L混合糖发酵结果显示,驯化后比驯化前糖利用能力明显提升,乙醇产量提升了近20g/L。为排除发酵过程中条件的限制因素的影响,论文对发酵条件及培养基条件进行了优化,乙醇产量比优化前增加了8.9%,达到了90.42g/L。　　
研究结果表明:经诱变育种的橡树假丝酵母Candidaquercitrusa利用葡萄糖木糖共发酵是可行的,且育种手段简便易行,具有重要的实用性,但对于基因或表达水平的具体变异的了解,还需进一步在分子水平上进行研究。