耐高濃度酒精的酵母篩選及發(fā)酵工藝研究開(kāi)題報(bào)告

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1、開(kāi)題報(bào)告耐高濃度酒精的酵母篩選及發(fā)酵工藝研究1選題的背景和意義石油作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略物資在經(jīng)過(guò)人類(lèi)近二百年的開(kāi)采后，面臨全球桔竭的局面。特別是近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和石油需求迅速膨脹，我國(guó)已成為繼美國(guó)之后的第二大能源消費(fèi)國(guó)。針對(duì)我國(guó)人多地少、糧食緊缺和石油短缺的國(guó)情，依據(jù)不與人爭(zhēng)糧、不與糧爭(zhēng)地，能源原料多元化，實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的原則，開(kāi)發(fā)非糧燃料乙醇生物能源，降低生產(chǎn)成本，提高轉(zhuǎn)化效率，確?，F(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求，已成為國(guó)家新能源戰(zhàn)略發(fā)展最緊迫的任務(wù)。傳統(tǒng)釀酒酵母的酒精發(fā)酵最適溫度不高，一般為25℃一30℃；耐酒性較差，耐酒精濃度在10％左右。一方面，在雜菌污染嚴(yán)重的情況下，生產(chǎn)

2、上不僅要求無(wú)菌條件嚴(yán)格，操作難度較大，而且為了控制因發(fā)酵熱所引起的溫度上升，需要加入大量冷卻水(甚至在部分氣溫較高地區(qū)，因發(fā)酵過(guò)程中過(guò)熱，根本無(wú)法進(jìn)行正常生產(chǎn))，導(dǎo)致乙醇生產(chǎn)成本增加[1-2]；另一方面，酵母的耐酒精度較低，產(chǎn)物的抑制作用降低乙醇酵母的產(chǎn)乙醇潛力。因此，耐受性酒精高溫酵母的選育研究已成為國(guó)內(nèi)外酒精行業(yè)的研究熱點(diǎn)[3-4]。乙醇酵母對(duì)生活條件的變化有迅速的適應(yīng)能力，并且隨著外界環(huán)境的變化，其群體能迅速產(chǎn)生變種，這為耐酒精酵母的篩選提供了可能[1]。耐高溫酵母不是微生物分類(lèi)學(xué)上的名詞，而是從生態(tài)方面表達(dá)此類(lèi)酵母對(duì)溫度的忍耐性與普通酵母的差異。篩選耐高溫的乙醇酵母菌株，

3、其生產(chǎn)上的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：①具有較高的發(fā)酵能力，即能快速并完全將糖分轉(zhuǎn)化成乙醇，能夠解決糖化溫度和發(fā)酵溫度不協(xié)調(diào)的矛盾，實(shí)現(xiàn)真正意義上的邊糖化邊發(fā)酵，從而減少葡萄糖對(duì)纖維素酶的抑制作用，提高纖維素酶的糖化率，進(jìn)而提高纖維素發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的得率[2-3]；②繁殖速度快，即具有高的比生長(zhǎng)速度，高溫發(fā)酵還能夠提高發(fā)酵效率，降低發(fā)酵時(shí)的冷卻成本[4]；③具有高的耐酒精能力，即對(duì)本身代謝產(chǎn)物的穩(wěn)定性高．因而可以進(jìn)行濃醪發(fā)酵；④抗雜菌能力強(qiáng)，即對(duì)雜菌代謝產(chǎn)物的穩(wěn)定性高．耐有機(jī)酸能力強(qiáng)；⑤對(duì)培養(yǎng)基的適應(yīng)性強(qiáng)。耐溫、耐鹽和耐干物質(zhì)濃度的性能強(qiáng)。2相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài)2.1傳統(tǒng)的酵母菌育種技

4、術(shù)82.1.1自然界篩選和高溫馴化長(zhǎng)期以來(lái)，高溫菌株的選育主要集中在利用自然界篩選和高溫馴化。馴化就是通過(guò)破壞微生物正常的生活條件，積累定向變異而實(shí)現(xiàn)的。相比較于誘變育種和利用細(xì)胞原生質(zhì)體融合，進(jìn)而發(fā)生細(xì)胞核染色體基因間的重組獲得新種。馴化具有培育條件溫和、操作簡(jiǎn)單、投入少、易掌握等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)菌株的馴化、篩選。獲得優(yōu)良菌株，不失為是一種改良菌種的好方法[5]。2.1.2雜交育種雜交育種是依靠酵母的生活史,利用其具有不同遺傳特性和相反交配型的細(xì)胞能產(chǎn)生新的雙倍體的特性，通過(guò)雜交獲取滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的某些特有性能,從而獲得優(yōu)良菌株的育種方法。雜交后的新菌株應(yīng)具有穩(wěn)定的遺傳特性,否則就沒(méi)

5、有實(shí)用價(jià)值。利用雜交育種，選育耐乙醇酵母,可以利用不同特性的乙醇酵母菌株進(jìn)行生孢培養(yǎng)、孢子分離試驗(yàn)等，得到酵母菌單倍體，然后利用酒精發(fā)酵試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)篩，得到性能最優(yōu)良的單倍體，作為雜交試驗(yàn)的親本。雜交試驗(yàn)后,經(jīng)過(guò)性能測(cè)定,得到理想的乙醇酵母菌株[6]。2.1.3誘變育種技術(shù)誘變育種是指利用物理或化學(xué)誘變劑處理微生物細(xì)胞。顯著提高變異的頻率，使人們可以簡(jiǎn)便、快速地篩選出各種類(lèi)型的突變菌株．作生產(chǎn)和研究之用[7]。微生物的自發(fā)突變幾率是很低的．一般在10-6～10-9間，變異程度輕微，育種成功率相對(duì)較低；而通過(guò)誘變劑的作用進(jìn)行的誘變育種則可以大大提高育種的成功率。物理誘變劑包括紫外線、

6、X-射線、γ-射線、β-射線、快中子、激光、離子束等，其中常用于酵母菌的誘變選育的是紫外線。紫外誘變效應(yīng)主要是指紫外線照射引起菌株DNA結(jié)構(gòu)的改變，阻礙DNA的復(fù)制或引起堿基排列次序的變化，從而引起基因突變[8]。使用方便、不需要專(zhuān)人操作、經(jīng)濟(jì)、危險(xiǎn)性小、適用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，使得紫外線成為工業(yè)微生物誘變育種的首選誘變劑，并且已經(jīng)在多種工業(yè)微生物中均被證明誘變效果良好[9]。由于在一般的微生物中都存在著光復(fù)活作用．所以在進(jìn)行紫外線處理時(shí)，只能在紅光下或黑暗中進(jìn)行照射及處理照射后的菌液，以免發(fā)生光復(fù)活作用。申玉香等[10]將APV菌株經(jīng)紫外線誘變后篩出苯黃隆抗性菌株2#菌株，發(fā)酵雙乙

7、酰峰值為0.36mg／L，真正發(fā)酵度為65.8％。WalidALotfy等[11]用紫外線檸檬酸產(chǎn)生菌AspergillusnigerUMIP2564獲得成品收率達(dá)到60.25％的變異菌株W5。石一珺等[12]采用紫外線2次復(fù)合誘變處理內(nèi)生真菌哈茨木霉，獲得了突變株UV-5-3，大大提高了原始菌株發(fā)酵液的活性，其抗生素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出出發(fā)菌株?；瘜W(xué)誘變技術(shù)是指利用一些化學(xué)物質(zhì)提高生物的自然突變率，這些化學(xué)物質(zhì)就叫做“8化學(xué)誘變劑”?；瘜W(xué)誘變育種是人為地利用化學(xué)誘變劑,誘發(fā)作物發(fā)生突變