酵母对抑制剂耐受的系统分析

纤维素生产乙醇的关键问题之一是水解产生的抑制性物质对乙醇发酵具有明显的抑制效应,因而引起了国内外研究者的广泛关注.研究发现,在抑制剂存在下,酵母在基因表达水平,蛋白水平和代谢物水平都有相应的耐受响应,且这些响应错综复杂.从系统角度运用组学的方法研究这一体系将有助于全面深入了解酵母的耐受机制.本文综述了系统研究的思路和方法在酵母对抑制剂耐受方面的研究状况;对主要研究手段和成果进行了回顾;并对酵母发酵乙醇系统分析的前景进行了展望.     

酵母对抑制剂耐受的系统分析

纤维素生产乙醇的关键问题之一是水解产生的抑制性物质对乙醇发酵具有明显的抑制效应,因而引起了国内外研究者的广泛关注。研究发现,在抑制剂存在下,酵母在基因表达水平,蛋白水平和代谢物水平都有相应的耐受响应,且这些响应错综复杂。从系统角度运用组学的方法研究这一体系将有助于全面深入了解酵母的耐受机制。本文综述了系统研究的思路和方法在酵母对抑制剂耐受方面的研究状况;对主要研究手段和成果进行了回顾;并对酵母发酵乙醇系统分析的前景进行了展望。     

基于纤维小体展示技术的酿酒酵母纤维素乙醇研究进展

利用联合生物加工工艺生产第二代燃料乙醇(纤维素乙醇)是国内外的研究热点.前期的研究结果表明,酿酒酵母分泌或展示非复合型纤维素酶体系的应用效果并不理想,而复合型纤维素酶体系(即纤维小体)因对纤维素的降解能力比非复合型纤维素酶体系更强,所以其在酿酒酵母细胞表面的组装研究受到越来越多的关注.目前,单支架和双支架纤维小体在酵母细胞表面的完全自组装以及多细胞协同参与的非完全自组装均已实现.纤维小体展示型酿酒酵母已能直接利用结晶型纤维素发酵生产乙醇,但由于降解模块的结构缺陷,纤维素乙醇的产量仍然偏低.本文对纤维小体的酵母展示技术及其在纤维素乙醇发酵中的应用研究进行了论述,并对该领域的发展方向进行了展望.     

高效液相色谱法测定克鲁维酵母菊芋发酵液中的乙醇,糖和有机酸类代谢成分

建立了高效液相色谱法同时分析菊芋发酵液中的乙醇和有机酸的方法.采用HPLC有机酸分析柱, 流动相为0.01 mol/L H2SO4,流速为0.5 mL/min, 以紫外和示差折光检测器作为双通道检测手段,同时对克鲁维酵母菊芋发酵液中的柠檬酸、α-酮戊二酸、葡萄糖、丙酮酸、果糖、琥珀酸、乳酸、甘油、乙酸、乙醇进行了定量分析,本方法的回收率为95.8%～109.6%;RSD为0.33%～4.0%,结果表明,本方法简单、快速、准确,适用于监控克鲁维酵母发酵产物并指导整个发酵过程条件的优化.     

生物预处理对甘蔗渣转化的影响

为了研究不同种类产纤维素酶的菌株降解甘蔗渣的效果,结合已得出的最佳化学预处理方法,利用枯草芽孢杆菌、绿色木霉和烟曲霉三种高产纤维素酶的菌株对甘蔗渣进行生物预处理,比较降解效果;并用腺嘌呤缺陷型和非缺陷型酵母进行发酵,比较乙醇产量。结果表明:分解10 g甘蔗渣,枯草芽孢杆菌组还原糖产量为427.56 mg,绿色木霉组还原糖产量为887.36 mg,烟曲霉组还原糖产量为982.84mg。相同还原糖含量的烟曲霉组和绿色木霉组滤液用腺嘌呤缺陷型酵母发酵时,在27℃发酵25.5 h,乙醇浓度达到最高值,绿色木霉组为5.4%,烟曲霉组为5.5%。在三种产纤维素酶菌株中,烟曲霉降解甘蔗渣的效果最好。     

拉曼光谱分析有机氮源促进乙醇发酵的机制

应用拉曼光谱和单细胞分析技术监测有机氮源尿素和酵母粉、无机氮源硝酸铵和硫酸铵对酿酒酵母乙醇发酵的影响及发酵过程胞内主要生物大分子的变化动态,以期从光谱学角度获知有机氮源促进乙醇发酵的机制。结果表明,利用酵母粉和尿素的乙醇发酵速度最快,14~18 h即可达到乙醇浓度的最大值;在有机氮源下,酵母细胞的RNA合成无明显的迟滞期,发酵前期,782 cm!1峰平均强度比无机氮源的高,其最大峰强是初始强度的1.9~2.1倍,而无机氮源仅为1.2~1.4倍;以酵母粉为氮源的不同发酵阶段,部分细胞的蛋白质二级结构以β折叠为主,而其它氮源的细胞则是以α螺旋为绝对主导。因此,尿素、酵母粉等有机氮源促进乙醇发酵的可能原因是缩短酵母的迟滞期,促进胞内RNA的快速合成,促进相关基因的快速转录和表达。     

酵母AHAS酶与磺酰脲类抑制剂作用模型的分子对接研究

基于酵母乙酰羟酸合成酶(AHAS)与磺酰脲类抑制剂复合物的晶体结构, 用分子对接方法对AHAS与5个磺酰脲类抑制剂相互作用的方式进行了系统的分子对接研究. 晶体复合物对接和假复合物对接两种模式对接的结果基本相同, 并与实验结果吻合. 在进一步的对接中逐级考虑了辅酶FAD和TPP的影响, 结果表明, 辅酶FAD和TPP的加入, 对AHAS酶与磺酰脲类抑制剂的结合顺序基本没有影响. 其中FAD的加入使AHAS与抑制剂的结合更加稳定, 这主要是由于抑制剂的R2取代基与FAD中的平面基团Flavin环间存在的范德华相互作用所致; 抑制剂与TPP间存在的静电相互作用可能是加速TPP降解的原因.     

钙离子在电针镇痛、电针耐受和吗啡耐受发展中的作用

本文研究了Ca~(2+)在电针镇痛、电针耐受和吗啡耐受发展中的作用,同时了解电针耐受发展是否能被蛋白质合成抑制剂抑制。实验结果表明,和吗啡耐受一样,电针耐受动物的脑Ca~(2+)和cAMP水平均明显增高。用蛋白质合成抑制剂茴香霉素(Anisomycin)、放线菌素(Actinomycin)或环己亚胺(Cycloheximide)处理后,电针镇痛耐受发展被抑制,同时使脑Ca~(2+)和cAMP水平降低.从脑Ca~(2+)和cAMP水平的变化看,电针、吗啡和镧系元素引起的镇痛,以及电针和吗啡的耐受发展不仅相似,很可能还有共同的离子基础和作用机理,同时提示蛋白质合成抑制剂阻断电针和吗啡的耐受发展似与新的多肽或RNA合成相关。     

提高纤维素酶水解效率和降低水解成本

在我国可大量转化乙醇的是纤维质材料.纤维质材料转化乙醇的关键问题是纤维质转化为糖的过程,提高纤维素酶转化效率的方法有:(1)对纤维质材料进行预处理;(2)研究纤维素酶的最适作用条件;(3)纤维素酶的重复利用;(4)合理的发酵工艺等.本文分析了纤维素的结构以及纤维素酶的作用方式,总结了目前研究较多的几种纤维质材料预处理方法,及其对纤维素酶水解率的影响,并对研究纤维素酶的最适作用条件、纤维素酶的重复利用以及合理的发酵工艺进行了综述和分析.     

提高纤维素酶水解效率和降低水解成本

在我国可大量转化乙醇的是纤维质材料.纤维质材料转化乙醇的关键问题是纤维质转化为糖的过程,提高纤维素酶转化效率的方法有:(1)对纤维质材料进行预处理;(2)研究纤维素酶的最适作用条件;(3)纤维素酶的重复利用;(4)合理的发酵工艺等.本文分析了纤维素的结构以及纤维素酶的作用方式,总结了目前研究较多的几种纤维质材料预处理方法,及其对纤维素酶水解率的影响,并对研究纤维素酶的最适作用条件、纤维素酶的重复利用以及合理的发酵工艺进行了综述和分析.     

基于96孔板与拉曼光谱的发酵乙醇高通量快速检测

发酵液中乙醇含量是实验室研究和工业生产的必检项目.应用拉曼光谱在倒置显微镜上建立一种用96孔板高通量快速检测发酵液乙醇含量的新方法,通过最小二乘法拟合标准乙醇溶液与内标物的拉曼信号比值,得到回归方程,根据回归方程计算乙醇溶液和发酵液中的乙醇含量,与气相色谱法的检测结果进行对比.用本方法检测了菌株筛选、三角瓶发酵和500 L发酵罐发酵过程的乙醇含量.t-检验表明,与气相色谱法结果吻合较好(p=0.05).本方法只需要10～15 s的拉曼光谱收集时间,应用自编程序实时读取检测值,准确度高;结合96孔板可以实现大量样品的实时快速检测.     

甜高粱茎秆生产燃料乙醇

本文对甜高粱茎秆原料的贮藏、汁液液态发酵、茎秆直接粉碎固态发酵以及榨汁后剩余的秆渣预处理同步糖化发酵4个方面的研究情况进行了综述,重点论述了甜高粱茎秆生产燃料乙醇的瓶颈问题即原料的贮藏和秆渣木质纤维素预处理技术.提出了一种更经济合理的甜高粱茎秆生产燃料乙醇工艺流程.     

培养基碳源对固定化酵母细胞催化乙酰基三甲基硅烷不对称还原反应的影响

 尽管含芳香基等较大取代基团的底物能被生物转化为高对映体纯手性有机硅醇,但生物催化其他底物还原反应的产物收率及对映体选择性均较低. 作者筛选到一株能高效催化羰基/羟基不对称转化的酵母菌株,探讨了用固定化酵母细胞高效催化乙酰基三甲基硅烷不对称还原制1-三甲基硅乙醇的可能性,系统研究了培养基碳源及其浓度对该反应的影响. 发现在水/正己烷两相体系中,固定化酵母细胞能催化乙酰基三甲基硅烷不对称还原成1-三甲基硅乙醇. 可通过调节培养基碳源的种类及其浓度在一定程度上控制反应的产物收率及对映体选择性. 以最适碳源(3.0%麦芽汁)培养的酵母细胞催化该反应的产物收率和对映体过量值分别为91.3%和72.8%,远高于文献报道值.     

甜高粱茎秆生产燃料乙醇

本文对甜高粱茎秆原料的贮藏、汁液液态发酵、茎秆直接粉碎固态发酵以及榨汁后剩余的秆渣预处理同步糖化发酵4个方面的研究情况进行了综述,重点论述了甜高粱茎秆生产燃料乙醇的瓶颈问题即原料的贮藏和秆渣木质纤维素预处理技术.提出了一种更经济合理的甜高粱茎秆生产燃料乙醇工艺流程.     

酵母细胞催化芳香酮的不对称还原反应

 研究了酵母细胞催化芳香酮的不对称还原反应,采用正交试验综合考察了反应温度、反应时间、底物浓度和酵母浓度等因素对底物苯乙酮转化率和产物(S)-1-苯基乙醇对映选择性的影响. 结果表明,影响苯乙酮转化率的因素依次为底物浓度、反应时间、反应温度和酵母浓度,影响(S)-1-苯基乙醇对映选择性的因素依次为反应温度、底物浓度、酵母浓度和反应时间. 同时考察了芳香酮结构对产物对映选择性的影响,发现对映选择性的变化规律符合Prelog规则,与羰基相连的两个基团体积差异越大,对映选择性越好,最高的对映体过量值达到了96.4%.     

秸秆发酵燃料乙醇关键问题及其进展

利用木质纤维素原料生产燃料乙醇是国际公认的难题.本文从秸秆原料组分不均一性出发,分析了秸秆难以高值化原因;进一步分析了秸秆酶解发酵燃料乙醇的关键问题,介绍了有关秸秆原料预处理、纤维素酶生产、秸秆酶解发酵乙醇和产业化示范工程等的进展.秸秆酶解发酵燃料乙醇产业化示范工程具有自主知识产权,为实现我国秸秆转化燃料乙醇的规模化、产业化、低成本生产奠定了基础.     

秸秆发酵燃料乙醇关键问题及其进展

利用木质纤维素原料生产燃料乙醇是国际公认的难题.本文从秸秆原料组分不均一性出发,分析了秸秆难以高值化原因;进一步分析了秸秆酶解发酵燃料乙醇的关键问题,介绍了有关秸秆原料预处理、纤维素酶生产、秸秆酶解发酵乙醇和产业化示范工程等的进展.秸秆酶解发酵燃料乙醇产业化示范工程具有自主知识产权,为实现我国秸秆转化燃料乙醇的规模化、产业化、低成本生产奠定了基础.     

镍离子与酵母乙醇脱氢酶的相互作用

不同体系中, 金属离子与蛋白以不同的结合方式相互作用. 酵母乙醇脱氢酶是一个含锌金属酶, 它可催化乙醇脱氢为乙醛的反应. 本文应用紫外-可见光谱、荧光光谱、差示扫描量热法等技术研究了二价镍离子与酵母乙醇脱氢酶的相互作用. 镍离子与酶结合后在320 nm出现了紫外吸收带, 同时荧光光谱反映了酶的构象变化, 紫外与荧光光谱均展现了结合过程的双相动力学. 镍离子与酶的相互作用导致了酶由四聚体向二聚体的解离; 在酶热变性过程中, 镍离子增加了乙醇脱氢酶的变性温度和变性焓. 研究工作揭示了镍离子与酶相互作用复杂和深层的作用机制.     

气相色谱法测定亚硫酸盐废液发酵过程中的醋酸、糠醛和乙醇

发酵亚硫酸盐废液中的单糖制酒精的过程中,抑制剂醋酸和糠醛[1]及产物乙醇的测定是发酵研究的重要方面。文献中用气相色谱法测定水溶液中的脂肪酸[2,3]、亚硫酸废液中的糠醛[4]及同时测定发酵液中的脂肪酸和乙醇[5—7]的报道虽然很多,但有的是用溶剂萃取法[2,4],有的是用程序升温法,     

纤维素乙醇产业化

由于能发挥缓解能源紧张、减少环境污染、促进农村发展等重要作用,利用年产量巨大的植物纤维资源,生产可再生性液体替代燃料乙醇的技术受到了巨大的关注,成为工业生物技术的研究热点.酶法生产纤维素乙醇面临多种困难:纤维素原料比重轻,收集运输不便;原料结构复杂,需要深度预处理;纤维素酶系的酶解效率有待提高;半纤维素中的木糖难以发酵转化为乙醇等.经过多年研究,新技术已经取得重大进展,开始接近实用化.紧迫的社会需求正在迫使国内外政府和企业界大量投资,开展纤维素乙醇的中试研究和试生产,力求在短时期内克服上述难点,尽快实现产业化.充分利用植物纤维资源中的多种组分,联合生产乙醇和部分高值产品的生物精练技术,是实现纤维素乙醇产业化的重要突破口和必然途径.玉米芯生物精练生产乙醇和木糖相关产品的技术正在进行产业化.本文综述了纤维素乙醇产业化的研究进展并做了展望.