[发明专利]一株木质素耐受性酿酒酵母菌及其在生物乙醇生产中的应用

说明书

技术领域

本发明属于本发明涉及生物发酵技术领域，具体涉及一株木质素耐受性酿酒酵母菌及其在生物乙醇生产中的应用。

背景技术

秸秆、树木边材、牧草等木质纤维素材料是地球上储量最丰富且可持续再生的有机物资源，其年产约1500亿吨，所含的能量是全世界年消耗能量总和的10倍(刘刚,沈镭.中国生物质能源的定量评价及其地理分布[J].自然资源学报.2007,41(3):9～19)。以木质纤维素为原料的生物乙醇生产和利用被认为是解决能源、环境和粮食问题的有效途径之一。世界各国都在着力开发木质纤维素生物乙醇生产过程的共性关键技术和专用设备，以积极推进生物能源产业的发展。

木质纤维素生物乙醇生产过程一般包括原料预处理、酶解、乙醇发酵和乙醇精制等主要步骤。预处理是为了破坏木质纤维素材料的结构,从而取得良好的纤维素水解效果(曾凡洲,蒋剑春,卫民,等.生物质水解发酵生产燃料乙醇的研究进展[J].生物质化学工程,2009,43(2):43-48)；酶解是指利用纤维素酶和半纤维素酶，将纤维素、半纤维素转化为可发酵性糖；乙醇发酵是指利用酿酒酵母，将酶解液中的可发酵性糖转化为乙醇。然而，在木质纤维素材料的预处理及酶解过程中，木质素会降解成小片段、以及阿魏酸、香草醛、紫丁香醇、对羟基苯基醛(醇)等成分。因为这些木质素成分对酿酒酵母具有毒性，所以木质纤维素水解液的乙醇发酵效率受到严重抑制(李文莉，缪冶炼，陈介余，花卫俊，邵慧丽.木质素降解物对酿酒酵母的毒性及作用机理，生物加工过程，2014；Ezeji T,Qureshi N,Blaschek H P.Butanol production fromagricultural residues:impact of degradation products on Clostridium beijerinckii growth and butanol fermentation[J].Biotechnol Bioeng,2007,97:1460-1469)。

为了提高木质纤维素水解液的乙醇发酵效率，人们尝试了对木质纤维素水解液进行发酵前的脱毒处理。脱毒处理方法可以分为物理法、化学法和生物法。目前，物理法包括活性炭吸附(Wang L,Chen H Z.Increased fermentability of enzymatically hydrolyzed steam-exploded corn stover for butanol production by removal of fermentation inhibitors[J].Process Biochemistry,2011,46:604-607)、离子交换吸附(Larsson S,Reimann A,L,et al.Comparison of different methods for the detoxification of lignocellulosic hydrolysates of spruce[J].Appl Microbiol Biotechnol,1999b,77:91-103)、膜分离(黄洲，缪冶炼，陈介余，李文莉.溶液中木质素和葡萄糖的超滤分离，生物加工过程,2014,12(2):56-62)；化学法利用NH4OH、NaOH、Ca(OH)2和木质素降解物的反应(Qureshi N,Saha B C,Hector R E,et al.Production of butanol(a biofuel)from agricultural residues:Part II-Use of corn stover and switchgrass hydrolysates[J].Biomass Bioenergy,2010,34:566-571)；生物法利用漆酶、过氧化物酶催化木质素降解物的聚合反应(薛珺,蒲欢,孙春宝.纤维素稀酸水解产物中发酵抑制物的去除方法[J].纤维素科学与技术,2004,12(3):48-52；Cho D H,Lee Y J,Um Y,et al.Detoxification of model phenolic compounds in lignocellulosic hydrolysates with peroxidase for butanol production from Clostridium beijerinckii[J].Appl Microbiol Biotechnol,2009,83:1035-1043)。但是，这些方法存在处理成本高、毒性成分去除率低、糖损失大等问题，因而其产业化应用程度不高。

发明内容