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      本期為您推薦廣西科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院牛福星副教授課題組發(fā)表在Microbial Cell Factories上面的文章：Key role of K⁺ and Ca²⁺ in high-yield ethanol production by S. Cerevisiae from concentrated sugarcane molasses。本研究利用常壓室溫等離子體進(jìn)行誘變，篩選出對(duì)不同脅迫因素（高滲透壓、高醇、高溫、高鹽離子以及高濃度甘蔗糖蜜）分別具有魯棒性能的釀酒酵母菌株。其中由此所選育的對(duì)高濃度甘蔗糖蜜具有魯棒性能的釀酒酵母乙醇合成產(chǎn)量達(dá)到目前物理誘變高水平（111.65 g/L，糖醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到95.53%）。最后結(jié)合酵母的細(xì)胞形態(tài)、發(fā)酵產(chǎn)能以及組學(xué)分析，揭示了限制釀酒酵母無法實(shí)現(xiàn)高濃度甘蔗糖蜜高濃度乙醇發(fā)酵的主要限制性因素是K⁺和Ca²⁺同時(shí)存在的影響。

      生物基乙醇的合成原料有很多，從環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、富民的角度研發(fā)是重點(diǎn)。我國(guó)是人口大國(guó)，每年由于食品添加、工業(yè)應(yīng)用等所消耗的糖量位居世界前列。甘蔗是糖分提煉的主要原材料之一，在提料糖分的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生糖蜜，而且早期研究數(shù)據(jù)表明產(chǎn)3噸糖的同時(shí)可產(chǎn)約1噸糖蜜。糖蜜是一種混合物，成分復(fù)雜，直接排放或者用于田間施肥是為浪費(fèi)且會(huì)造成環(huán)境污染，而且是為資源利用的不充分。但是利用糖蜜（非糧食）生物資源進(jìn)行釀酒酵母的乙醇合成，卻可以在不斷滿足人們對(duì)乙醇用量需求的同時(shí)，助推國(guó)家綠色低碳能源發(fā)展。釀酒酵母利用糖蜜進(jìn)行乙醇發(fā)酵的工藝已經(jīng)比較成熟，但是在利用高濃度的糖蜜來生產(chǎn)高濃度的乙醇效率方面卻是一個(gè)挑戰(zhàn)，究其原因便是各種脅迫性因素的影響。但是從科學(xué)研究的角度確切的闡述哪種才是限制性的關(guān)鍵影響因素早期還未有研究報(bào)道。

      研究人員借助ARTP（室溫等離子體）誘變、適應(yīng)性進(jìn)化以及高通量的基于三苯基-2H-四唑氯化銨（TTC）及前體物丙酮酸（或丙酮酸自由基離子）與Fe³⁺發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)呈現(xiàn)黃色的雙重高通量篩選方法（Py-Fe³⁺）獲取了分別對(duì)高濃度甘蔗糖蜜（總糖濃度達(dá)到300 g/L）以及蔗糖添加模型下的高溫（37℃）、高醇（10%）、高滲透壓（400 g/L可發(fā)酵總糖）以及高濃度K⁺(15 g/L)、Ca²⁺(8 g/L)、K⁺&Ca²⁺(15 g/L &8 g/L)發(fā)酵環(huán)境下的七株魯棒型釀酒酵母菌株（圖1、表1）。通過各自魯棒型菌株在高濃度甘蔗糖蜜環(huán)境下細(xì)胞形態(tài)比較（圖2），乙醇合成的產(chǎn)率以及細(xì)胞數(shù)量（圖3、圖4）、魯棒型菌株比較基因組學(xué)、比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)GO、KEGG分析研究，得出K⁺、Ca²⁺同時(shí)存在才是限制釀酒酵母高濃度甘蔗糖蜜乙醇發(fā)酵的主要因素。

表1 在相同發(fā)酵條件下與野生型J108相比產(chǎn)量差距

圖2 在250 g/L糖蜜發(fā)酵不同菌株的細(xì)胞形態(tài)

圖4.在5L發(fā)酵罐體系中利用250 g/L甘蔗糖蜜發(fā)酵， 菌株NGTM-F1的乙醇產(chǎn)量達(dá)到111.65 g/L