[发明专利]一株高鲁棒性高木糖利用且能水解寡糖的三价性酿酒酵母工业菌株及其应用

说明书

本发明公开了一株高鲁棒性高木糖利用且能水解寡糖的三价性酿酒酵母工业菌株，该菌株命名为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)BLH507，已于2021年11月12日保藏在“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏编号为CGMCC NO.23786；本发明还公开了所述菌株在以木质纤维素水解液为原料发酵生产乙醇中的应用。实验证实，本发明菌株为一株兼具亲本菌株的葡萄糖/木糖共代谢能力、对混合抑制物的高耐受性及对纤维二糖及木寡糖水解能力的酿酒酵母工业菌株，且具有较强的同步糖化发酵能力，其限氧条件培养64±2小时能将几乎全部糖份利用完并生成乙醇，基于总糖消耗的得率为0.442，糖醇转化率为理论值的87％，具有应用于二代燃料乙醇工业化生产的潜力。

技术领域

本发明涉及一株C6/C5共发酵酿酒酵母菌株及其应用，尤其涉及一株高鲁棒性、高木糖利用且能水解寡糖的三价性酿酒酵母工业菌株及其应用，属于生物技术领域。

背景技术

生物燃料乙醇是典型的可再生和环境友好型能源之一，其自身特性和功能使其易于与汽油混合，是国际公认的可替代化石能源的理想液体燃料之一。以廉价且储量丰富的木质纤维素生物质，特别是秸秆等农业残留物为原料生产的第二代燃料乙醇即纤维素乙醇是目前最有产业化前景的先进燃料。纤维素乙醇生产的基本流程是物理/化学因子预处理改变木质纤维素原料结构；经纤维素酶酶解后释放单糖及寡糖；微生物(首选为酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae)对糖分最大限度地发酵生成乙醇；蒸馏及脱水操作后得到无水乙醇用于添加到汽油中。但在常见的预处理和酶解之后，伴随葡萄糖和木糖等单糖的释放，同时也会产生各类抑制发酵微生物生长的化合物(如弱酸类、呋喃醛类和酚类等非糖组分抑制物)及寡糖(如纤维二糖、木寡糖等)。

酿酒酵母作为乙醇发酵生产的首选微生物，具有生长速率快、公认安全及遗传操作体系完善等诸多优点，是极具潜力的细胞工厂。理想的木质纤维素水解物的乙醇发酵，要求发酵微生物，①能够耐受上游工艺过程中产生弱酸、呋喃醛和酚类等抑制性化合物；②同时尽可能实现葡萄糖、木糖等单糖以及纤维二糖、木二糖等寡糖的高效共发酵，从而降低生产成本、提高纤维素乙醇生产的经济效益。研究者经过30余年的努力，对酿酒酵母菌株的改造取得了较大成果，相关研究已取得长足进步。目前，大部分研究所构建的重组酵母工业菌株，基于消耗糖的乙醇发酵得率在0.40-0.48g·g^-1之间。然而，将上述重组工业菌株应用在纤维素乙醇的产业化生产中，依然存在一些不尽人意之处。尤其是菌株缺乏寡糖代谢能力，以及在含有抑制物的木质纤维素水解液中，工程菌株对糖的利用速率显著低于纯品混合糖培养基，说明抑制物对菌株的影响依然严重，且愈发凸显为纤维素乙醇产业化的一个主要障碍。

申请人在前期工作中，基于从牛瘤胃宏基因组(bovine rumen metagenomiclibrary)中筛选得到的高活性木糖异构酶Ru-XI和来自季也蒙毕赤酵母(Meyerozymaguilliermondii)的特异性木糖转运蛋白MGT05196^N360F，以野生型二倍体酿酒酵母BSIF为出发菌株，通过理性代谢工程及适应性进化工程构建得到一株葡萄糖木糖高效共利用的重组酿酒酵母菌株LF1(发明专利号：ZL201510747241.7)。然而，该菌株的鲁棒性相对于工业应用仍有不足，且缺乏对寡糖的利用能力。专利《一株能够缓解木糖利用与高鲁棒性拮抗的C6/C5共发酵酿酒酵母及其应用》(专利号ZL202011296559.5)通过常温常压等离子体(ARTP)迭代诱变，并结合在高毒性(含多种抑制物)玉米秸秆预处理液和纯木糖培养基中交替驯化和筛选获得菌株6M-15，其能够缓解木糖利用与高鲁棒性间的拮抗现象，但是该菌株依然缺乏对寡糖的利用能力。针对上述问题，经信息检索，目前具备葡萄糖木糖共利用、高鲁棒性及寡糖利用等三价性能的酿酒酵母菌株构建和应用的相关专利和文献尚未见报道。

发明内容

针对目前二代燃料乙醇生产所用酿酒酵母菌株对木质纤维素水解液中所含混合抑制物的耐受性不足，以及菌株缺乏木寡糖、纤维二糖等寡糖水解能力的现状，本发明要解决的问题是提供一株高鲁棒性、高木糖利用且能水解寡糖的三价性酿酒酵母工业菌株及其应用。