运用代谢工程、辅酶工程及酶工程建设重组酿酒酵母木糖使用菌株以生产乙醇之研究

《运用代谢工程、辅酶工程及酶工程建设重组酿酒酵母木糖使用菌株以生产乙醇之研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、运用代谢工程、辅酶工程及酶工程建设重组酿酒酵母木糖使用菌株以生产乙醇之研究第一章文献综述1.1概述利用微生物发酵糖类进行酿酒的古老工艺，经历了上千年的历练，时至今日，对人类仍然十分重要。由于石油能源日益枯竭，而人类对于能源的需求又与日俱增，这时，发展一种新型的可替代石油的可再生能源，就显得尤为重要。生物乙醇，由于其合适的特性，诸如高辛烷值和高燃烧效率，成为极具前途的运输用燃料替代品之一。往汽油中添加燃料乙醇，可以使其燃烧更高效和完全，同时还可以显著降低碳氢化合物，颗粒物质，毒性挥发有机物（苯，甲苯，二甲苯），以及一些有害气体（一氧化碳，二氧化碳，一氧化二氮

2、）等。另一个优点是，只要汽油中混入的燃料乙醇不超过10%，那么传统的汽车引擎无需任何改动即可照常使用。美国和巴西，是世界上最大的两个燃料乙醇生产国，从1970年开始，两国就通过税收和资金上的一些激励措施鼓励民众使用生物燃料。巴西规定，所有汽油中必须至少添加25%的无水乙醇才可以出售，其全国燃料消耗中，乙醇占了40%左右。由于使用生物质制造乙醇所蕴含的巨大潜力，很多该领域相关的研究都如火如荼的进行了起来。研究都聚焦在提高乙醇效价，产率以及生产能力上。在底物转化效率上的任何小改进都会对乙醇成本产生显著影响。此外，乙醇除了作为生物能源具有广阔前景以外，还可以用来

3、合成多种重要的化学制品，诸如乙酸，乙醛，丁醇，乙烯等。能量谷物中富含淀粉和糖类（例如甘蔗，玉米，甜菜，甜高粱等），而农业和工业残余物里则富含木质纤维素（例如木屑，玉米秸秆，水稻秸秆，小麦秸秆，玉米纤维，甘蔗渣等），这些可以作为底物通过发酵反应经济划算的生产乙醇[1,2]。植物中大概含有40%-60%的纤维素，20%-40%的半纤维素，以及10%-25%的木质素。木聚糖是含量最丰富的半纤维素多聚糖，占生物量的5%-30%不等[1]。在发酵之前，要通过各种预处理方法糖化或者水解纤维素和半纤维素，使其成为寡糖和单糖以及戊糖[3]。啤酒酵母Saccharomyce

4、scerevisiae是广为人知的优异的用来生产工业乙醇的微生物。S.cerevisiae可以高效的发酵生物质中获得的己糖，同时它还拥有很多优点，例如高乙醇抗性，很快的发酵速度，以及接近己糖发酵产乙醇的理论产率（0.51g/g）的高产率等。然而另一方面，占木质纤维素水解产物总糖约40%左右的木糖和阿拉伯糖等戊糖，却仍然无法被酿酒酵母利用[4]。所以，为了经济划算的生产乙醇，有必要设法使这些戊糖和己糖可以共同发酵从而生产乙醇。S.cerevisiae虽然不能直接利用木糖，但是，却能够以较慢的速度发酵其酮类异构体木酮糖[5,6]。因此，通过代谢工程向酵母中引入

5、一条具有功能的木糖和阿拉伯糖代谢通路，就可以让酵母具备戊糖发酵能力。本章概述了使酿酒酵母达到高效的混合糖发酵能力所面临的挑战以及对这些工业菌株发展研究现状的讨论。比如木质纤维素原料，使纤维素更容易水解的预处理方法，以及木质纤维素的脱毒方法。这部分同时也介绍了为了使S.cerevisiae可以在模拟培养基以及实际木质纤维素水解液里共发酵这些糖类，所应用的各种不同代谢工程策略的尝试。最后还指出一些仍然需要研究的关键问题，以达到高效的水解物生物乙醇转化。1.2木质纤维素生物质以化学键的形式储存在植物中的光能，可以被人类用各种方式加以利用。其中淀粉和糖类提供营养物

6、质，同时像煤炭之类的化石类生物质则是作为燃料。然而，随着自然化石燃料的日益枯竭，极具吸引力的可再生的植物类生物质就成为了制造燃料和化学制品的能量。这些生物质包括农业和农业-工业活动产生的木质纤维素残余，诸如玉米纤维，玉米秸秆，小麦秸秆，木屑以及富含淀粉和糖类的粮食谷物，如玉米，甘蔗，甜菜。1.2.1木质纤维素的成分木质纤维素生物质主要由纤维素，半纤维素和木质素组成。不同的生物质中，这些成分所占的百分比也不尽相同。表1-1给出了一些通常树种，草类以及农业残余物生物质构成的干重百分比。纤维素是连接着葡萄糖分子的β（1→4）同聚物，占木质纤维

7、素干重的40%-60%，是其中含量最高的[1]。纤维素直链高度结晶而且无孔。此外，半纤维素属于杂多糖的一种，由不同的碳水化合物单体，如木糖，半乳糖，甘露糖和阿拉伯糖组成。而到目前为止，木聚糖是含量最丰富的半纤维素多聚糖，其含量占生物量的5%-30%。其中一年生植物中含15%-30%，硬木中含20%-25%，软木中含7%-12%[1]。半纤维素与纤维素相比，其结构相对疏松而结晶度较低。除了多聚糖以外，木质纤维素还包含约10%-30%的木质素，木质素由苯基丙烷和芳香醇（如松柏醇，芥子醇和香豆基醇）组成复杂的三度空间结构，主要位于纤维素和半纤维素之间，以无定形组

8、织的形式存在。第二章实验材料及方法2.1实验材料1.将2.5ml新