[发明专利]一种提高酿酒酵母蔗糖发酵性能的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，具体涉及的是一种提高酿酒酵母蔗糖发性能的方法及其应用。

背景技术

进入21世纪以来，随着化石能源的日益枯竭和生态环境的加剧恶化，近几年来出现的有关能源危机和生态危机的论述已被世界各国所关注。针对目前的这些问题，世界各国都相继提出发展实施可再生能源战略，而生物质能源作为一种可持续再生的能源是化石燃料的理想替代品。

微生物能够利用自然界中的多种生物质原料如纤维质、淀粉质和糖质，将其作为碳源通过发酵生产生物质能源。纤维质原料是世界上产量最大且最具使用潜力的微生物碳源，是可持续的为人类提供物质和能源需求的可再生生物质资源(Gupta A,Verma J P.2015，Sustainable bio-ethanol production from agro-residues:A review.Renewable and Sustainable Energy Reviews,41:550-567)。淀粉质原料作为微生物的碳源，也是工业上应用最多的一类生物质，通常用来生产稀有生物化学产品(Ng T K,Busche R M,McDonald C C,et al.1983，Production of feedstock chemicals.Science,219(4585):733-740)。在工业生产上，用木薯淀粉作为微生物碳源，通过生物发酵可用生产乙醇、氨基酸、小分子有机酸以及单糖等产品(田宜水,孙丽英,孟海波,等.2011，中国木薯燃料乙醇原料供需现状和预测.农业现代化研究,2(03):340-343)。糖质原料作为微生物的碳源被最多最广泛的使用，在世界范围内，超过60％燃料乙醇都是用糖质原料生产的(Wilkie A C,Riedesel K J,Owens J M.2000,Stillage characterization and anaerobic treatment of ethanol stillage from conventional and cellulosic feedstocks.Biomass and Bioenergy,19(2):63-102)。与蔗糖生物质的转化相比较，淀粉生物质必须首先被水解成可用于微生物发酵的糖；纤维素生物质同样需要复杂的处理转化成可用于发酵的糖，才能做进一步的生化转化；而蔗糖生物质作为微生物的一种廉价碳源，可直接用于发酵生产。

我国是人口大国家，近几年来随着经济的高速发展，对能源的需求量正在逐年增大。如果单独的依赖化石能源，不仅难以满足能源的需求，而且还会带来更多生态环境问题，难以实现可持续发展目标。因此，我国大力发展可再生生物能源，并且将其应用在不同的行业中就显得十分迫切。广西作为中国主要的甘蔗种植区和蔗糖产区(李明，田洪春，黄智刚等.我国甘蔗产业发展现状研究.中国糖料，2017,39(1):67-70)，发展非粮生物乙醇有着巨大的资源优势(谭宏伟，周柳强，谢如林等.蔗糖生产中的有机废弃物资源化利用研究.大众科技，2016，18(5):110-112)。

酿酒酵母(S.cerevisiae)是一种重要的工业微生物，作为生物发酵资源有着独特的性能。目前在工业上乙醇的生产，有很多重要的的因素被考虑，如菌株的糖耐受性(朱宝生,刘功良,白卫，等.2016,耐高糖酵母筛选及其高糖胁迫机制的研究进展.35(6):11-14)和乙醇受性(张强，郭元，韩德明.2014,酿酒酵母乙醇耐受性的研究进展.33(1):187-192)。耐高糖和高乙醇浓度是制约发展微生物工业化规模的重要因素，关于如何提高酿酒酵母耐受高浓度蔗糖发酵的研究是当前乙醇发酵工艺中的研究热点之一，也是解决酿酒酵母高效利用蔗糖生产生物乙醇的重要途径之一。