[发明专利]一种适于提高葡萄糖木糖共发酵酿酒酵母耐受多种预处理抑制物的培养基及应用

说明书

本发明公开一种适于提高葡萄糖木糖共发酵酿酒酵母耐受多种预处理抑制物的培养基，该培养基是以含有多种抑制物成分的木质纤维素预处理液为基质，并添加适合木糖代谢菌株生长的酵母粉、蛋白胨和木糖构成。本发明的培养基适用于提高葡萄糖木糖共发酵酿酒酵母对多种预处理抑制物的耐受性，利于筛选对预处理抑制物耐受能力增强的葡萄糖木糖共发酵酿酒酵母菌，与现有单纯添加一种抑制物成分的筛选培养基相比，本发明的培养基可大大提高高耐性酿酒酵母的筛选效率。

技术领域

本发明涉及一种筛选培养基及其应用，尤其涉及一种适于提高葡萄糖木糖共发酵酿酒酵母耐受多种预处理抑制物的培养基及应用，属于微生物技术领域。

背景技术

农作物秸秆被随意丢弃和焚烧，造成了资源浪费，也是近年来雾霾天气形成的重要原因之一。将秸秆中木质纤维素转化成清洁能源如燃料乙醇具有广阔应用前景。木质纤维素原料主要由纤维素、半纤维素及木质素组成，各组分之间结构稳定复杂。利用木质纤维素生产燃料乙醇等化学品主要包括原料的预处理、纤维素的酶解和糖的微生物发酵等步骤[Sun Y,Cheng J.Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanolproduction:a review.Bioresour Technol.2002,83(1):1–11.]，作为传统的乙醇生产菌株酿酒酵母不能直接利用纤维素、半纤维素等组分，因此需要对木质纤维素原料进行预处理和水解将其转化成酵母可直接利用的单糖，预处理技术是木质纤维素转化的关键步骤。

目前高效的纤维素预处理方法包括稀酸预处理、碱性预处理(稀碱预处理、石灰预处理和碱性过氧化氢(Alkaline Hydrogen Peroxide,AHP)预处理等)、和氨纤维膨胀(Ammonia Fiber Expansion,AFEX)预处理等。稀酸预处理后纤维素反应活性升高，聚合度(DP)下降，提供后续酶解效率，能够溶解原料中的半纤维素，增加纤维素的可及度。但是由于在高温高压下，脱除的半纤维素首先降解成木糖等单糖，然后这些五碳糖会进一步发生降解形成糠醛等。稀酸预处理产生的抑制物如糠醛、5-羟甲基糠醛(HMF)、乙酸和酚类化合物等会影响微生物生长发酵并降低乙醇得率[Almeida JRM,Modig T,Petersson A,B,Lidén G,GorwaGrauslund MF.Increased tolerance and conversionof inhibitors in lignocellulosic hydrolysates by Saccharomyces cerevisiae.JChem Technol Biotechnol.2007,82:340–349]；碱性过氧化氢(alkaline hydrogenperoxide,AHP)预处理主要是利用碱性溶液溶解木质素的性质，破坏木质素结构，切断碳水化合物和木质素之间的连接，导致木质素和半纤维素的溶出和脱除，该方法更有利于随后酶解过程糖的释放，并且不产生呋喃醛类抑制物[Saha BC,Cotta MA.Comparison ofpretreatment strategies for enzymatic saccharification and fermentation ofbarley straw to ethanol.New Biotechnol.2010,27:10-15.]，获得更高的发酵糖得率[Banerjee G,Car S,Scott-Craig JS,Borrusch MS,Walton JD.Rapid optimization ofenzyme mixtures for deconstruction of diverse pretreatment/biomass feedstockcombinations.Biotechnol Biofuels.2010,3:22.]，但会产生阿魏酸、对香豆酸、乙酸及Na⁺等抑制物[Banerjee G,Car S,Liu T,Williams DL,Meza SL,Walton JD,HodgeDB.Scale-up and integration of alkaline hydrogen peroxide pretreatment,enzymatic hydrolysis,and ethanolic fermentation.Biotechnol Bioeng.2012,109(4):922-931.]；AFEX预处理是利用氨来分解植物纤维素和半纤维素，将生物质用浓氨进行加热(约100℃)，维持一定时间后突然开阀释压，氨因压力突然降低而政法进入生物质内，从而使纤维素发生溶胀，也会产生乙酰胺、阿魏酸酰胺、香豆酰胺等多种损害酿酒酵母木糖代谢的抑制性小分子[Chundawat SP,Vismeh R,Sharma LN,Humpula JF,da Costa SousaL,Chambliss CK,Jones AD,Balan V,Dale BE.Multifaceted characterization of cellwall decomposition products formed during ammonia fiber expansion(AFEX)anddilute acid based pretreatments.Bioresour Technol.2010,101(21):8429–8438.]。这些抑制物可能会抑制发酵过程中微生物的生长，进而影响下游代谢[van der Pol EC,Bakker RR,Baets P,Eggink G.By-products resulting from lignocellulosepretreatment and their inhibitory effect on fermentations for(bio)chemicalsand fuels.Appl Microbiol Biotechnol.2014,98(23):9579–9593.]，这也是限制纤维乙醇工业化生产的原因之一[Palmqvist E,Hahn- B.Fermentation oflignocellulosic hydrolysates.I:inhibition anddetoxification.Bioresour.Technol.2000,74(1):17–24.]。