酵母葡萄糖耐量因子調(diào)控VHG乙醇發(fā)酵及GTF結(jié)構(gòu)初步研究.pdf

1、超高濃度(very high gravity, VHG)乙醇發(fā)酵可明顯提高發(fā)酵終點(diǎn)乙醇濃度,從而可在后續(xù)精餾等下游工序中減少大量能耗。由于能耗約占燃料乙醇生產(chǎn)成本的30％,因此,開發(fā)節(jié)能生產(chǎn)技術(shù)可能是現(xiàn)階段降低生產(chǎn)成本較為切實(shí)可行的措施。然而,由于VHG工藝起始葡萄糖濃度高,酵母細(xì)胞受到高滲透壓、高濃度產(chǎn)物、營(yíng)養(yǎng)匱乏等諸多因素的協(xié)同抑制,導(dǎo)致了菌體生長(zhǎng)和存活率都下降,從而降低發(fā)酵活性。因此,在VHG乙醇發(fā)酵條件下,提高酵母的抗脅迫能力,

2、對(duì)改善發(fā)酵狀況至關(guān)重要。本研究考察外源添加所分離純化的葡萄糖耐量因子(glucose tolerance factor, GTF)對(duì)VHG乙醇發(fā)酵狀況的影響,觀察到GTF對(duì)VHG乙醇發(fā)酵有明顯促進(jìn)作用,進(jìn)而探索GTF的理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)。
　　首先,考察了外源添加Cr3+對(duì)起始葡萄糖濃度為300 g·L-1的VHG乙醇發(fā)酵狀況的影響,確定Cr3+的最適添加終濃度為200 mg·L-1,在此條件下,其殘?zhí)菨舛容^對(duì)照組(未添加Cr3+)降

3、低了15%,而終點(diǎn)乙醇濃度較對(duì)照組(未添加Cr3+)提高了約7%。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察了不同時(shí)刻添加終濃度為200 mg·L-1Cr3+對(duì)VHG乙醇發(fā)酵的影響。結(jié)果表明,0 h、3 h、6 h任一時(shí)刻為起點(diǎn)連續(xù)添加Cr3+,均可促進(jìn)乙醇發(fā)酵,其殘?zhí)菨舛确謩e為47.7 g·L-1、46.2 g·L-1、43.8 g·L-1,較對(duì)照組(55.5 g·L-1)分別降低了14%、17%、21%,而終點(diǎn)乙醇濃度分別為14.6%(v/v)、14.9%(v

4、/v)、15.3%(v/v),較對(duì)照組13.9%(v/v)分別提高了5%、7%、10%。因此,最佳 Cr3+添加策略為:添加時(shí)刻為發(fā)酵6 h,終濃度為200 mg·L-1,在此條件下,發(fā)酵36 h的菌體有機(jī)鉻含量達(dá)到55.2μg·gd.m-1,生物量最大,此時(shí)的菌體適于后續(xù)通過DEAE纖維素柱和Sephadex G-75進(jìn)行分離純化GTF。
　　其次,實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步在280~320 g·L-1起始葡萄糖濃度條件下,考察外源添加所分離純

5、化的GTF對(duì)VHG乙醇發(fā)酵狀況的影響。GTF分別在發(fā)酵0 h、3 h、6 h添加。結(jié)果表明,在起始葡萄糖濃度分別為280、290、310 g·L-1時(shí),在發(fā)酵0 h添加GTF均有明顯的促進(jìn)作用,而在起始葡萄糖濃度為320 g·L-1時(shí),在3 h添加GTF有明顯的促進(jìn)作用。即葡萄糖的利用率和乙醇生成均有所促進(jìn),其殘?zhí)菨舛容^對(duì)照組降低了15%~28%,而終點(diǎn)乙醇濃度較對(duì)照組提高了9%~10%,取決于起始葡萄糖濃度(例如:在起始葡萄糖濃度為3

6、20 g·L-1時(shí),試驗(yàn)組的殘?zhí)菨舛葹?4.4 g·L-1,而終點(diǎn)乙醇濃度為16.7%v/v,分別較對(duì)照組降低了19%和提高了約9%)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示,可通過外源添加酵母GTF開辟一條促進(jìn) VHG乙醇發(fā)酵水平的經(jīng)濟(jì)可行途徑。
　　最后,通過考察分離產(chǎn)物分子量的大小、氨基酸的組成及其紅外光譜和紫外-可見光譜特征等初步推斷分離產(chǎn)物的化學(xué)本質(zhì),然后通過生物信息學(xué)的方法探索分離產(chǎn)物結(jié)構(gòu),通過同源建模、分子對(duì)接等生物信息學(xué)手段對(duì)分離產(chǎn)物與己糖