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生物乙醇是利用秸秆、木材等木质纤维素原料生产的绿色能源。由于木质纤维素水解液中存在有一定量的木质素降解物,有必要开发和利用对木质素降解物具有耐受性的酿酒酵母,以提高木质纤维素水解液的乙醇发酵效率。本论文旨在揭示木质素降解物对酿酒酵母的毒性及作用机理,培育出木质素耐受酿酒酵母菌种并确立其最佳乙醇发酵条件。主要研究内容包括:木质素降解物对酿酒酵母的毒性及作用机理;木质素耐受酿酒酵母的培育;木质素耐受酿酒酵母乙醇发酵条件优化。 本研究主要内容包括:⑴木质素制剂、紫丁香醇、对羟基苯甲醛、香草醛对酿酒酵母CGMCC2.1429的半致死浓度(LC50)分别为10.96、5.37、6.17、7.08 g/L,木质素降解物之间具有协同作用。培养液中,果糖-1,6-二磷酸(FDP)浓度随酚类化合物浓度的增加呈线性增加。当各酚类化合物浓度从100.2 g/L增加到101.0 g/L时,FDP浓度从49.7 g/L增加到134.4 g/L。这说明木质素降解物对酿酒酵母的毒性作用与细胞膜通透性的改变密切相关。⑵将原始菌株(S.cerevisiae CGMCC2.1429)全细胞及原生质体在距15W紫外灯30cm处进行照射处理160s获得突变株MS-W和MS-P。在定向驯化后,突变株MS-W和MS-P在木质素毒性培养基(紫丁香醇、对羟基苯甲醛、香草醛的浓度均为1.50g/L)中长势良好,培养38d的OD值分别为10.5、9.76,比驯化前OD值提高了20倍左右。⑶分别将驯化后的突变株MS-W、MS-P在YPD培养基上划线分离出5株菌,通过木质素耐性和乙醇发酵实验,获得最优菌株LTY-1。该菌株作为木质素耐受酿酒酵母菌种已保藏在中国典型微生物保藏中心,保藏号为CCTCC M2014184。⑷利用Plackett-Burman设计法,筛选出影响木质素耐受酿酒酵母LTY-1乙醇发酵的主要因素:初始糖浓度、发酵时间、发酵温度和摇床转速。通过响应面试验,得到LTY-1的最优乙醇发酵条件:初始糖浓度242 g/L、发酵时间36h、发酵温度30℃、摇床转速150rpm。在此条件下,葡萄糖的转化率预测值为86.1%,与验证试验的测定值84.4%基本一致。⑸采用葡萄糖242g/L、蛋白胨10g/L、酵母浸粉6g/L,pH5.5的发酵培养基,30℃、150rpm条件下发酵36h,木质素耐受酿酒酵母LTY-1和原始菌株的糖转化率分别为84.4%和63.7%。向发酵液中添加一定浓度的紫丁香醇、对羟基苯甲醛和香草醛的混合物(各毒性成分的浓度均为1.44g/L),木质素耐受酿酒酵母LTY-1的糖转化率仅仅降低了7%,而原始菌株的糖转化率降低19%。本研究揭示了木质素降解物对酿酒酵母的毒性作用及其机理,培育出一株木质素耐受性及乙醇发酵能力强的酿酒酵母菌种,为木质纤维素水解液高效脱毒及木质素耐受酿酒酵母培育提供了理论基础,也为生物乙醇产业化生产提供了核心技术和材料。