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专利观察:帝斯曼混合糖酒精酵母

日期:2016年4月1日 18:01

专利观察:帝斯曼混合糖酒精酵母

2015-10-29 王心  摘译 

 

燃料乙醇已发展成为世界可再生能源产业之一,在经济、环境、能源等领域发挥着重要作用。传统燃料乙醇以玉米淀粉或甘蔗作为原料,以酿酒酵母作细胞工厂发酵获得,即一代乙醇。但是存在诸如与人争粮等问题,利用能量及环境效益更佳的木质纤维素作为原料生产燃料乙醇,已是这一产业可持续发展的基石。帝斯曼公司致力于纤维素乙醇酵母细胞工厂的研究,开发出能利用料液中多种糖分的酵母。

研究人员以酿酒酵母CEN.PK113-7D为出发菌株,在其染色体δ位点整合多个拷贝的植物乳杆菌阿拉伯糖途径利用基因,araAaraBaraD。同时过表达磷酸戊糖途径相关基因TAL1RPE1TKL1以及RKI1。接着在阿拉伯糖为唯一碳源的合成培养基驯化,分离单菌获得阿拉伯糖利用表型提高的菌株。再在此基础上整合多个拷贝的细菌来源木糖异构酶XI,过表达木酮糖激酶基因XKS1,木糖培养基筛选驯化,获得木糖利用表型提高的菌株。最终通过单菌分离和测试,获得了表型较优菌株BIE252。玉米籽粒纤维、玉米秸秆和小米秸秆水解液测试表明,该菌株在72h,基本利用完培养基中所有的糖类,同时稳定性测试表明连续多次传代菌株性状保持一致。

2 帝斯曼纤维素乙醇菌株玉米秸秆水解液表型

高产乙醇酵母菌株的选育一直是纤维素乙醇研究领域的热点。中粮公司林鑫研究员曾撰文研究比较了几种主要商业化共发酵(C6+C5)菌株性能。

1 几种主要商业化共发酵菌株性能比较a

共发酵菌株

技术来源

原料

预处理

菌株性能

424ALNH-ST

普度大学

玉米秸秆

氨爆

总糖利用率88.1%,乙醇转化率44.0%

Z. mobilis  8b

NREL/Dupont

玉米秸秆

稀酸、氨爆

木糖到乙醇转化率  42.9%,纤维素到乙醇转化率48.0%

BIE252

帝斯曼

玉米秸秆

稀酸

总糖利用率95.4%,乙醇转化率47%

CB1 

嘉吉

玉米秸秆

稀酸

时空产率>0.5g/L·h),乙醇转化率>40.9%

秸酿酵母

上海工业生物技术研发中心/诺维信

玉米秸秆

稀酸

高浓度乙酸(10g/L)抑制物存在下48h总糖利用率>90%,乙醇转化率48%[Enzymes&Biocatalysis2015]

a:修改自林鑫,武国庆-《生物产业技术》-20152

表中只有NREL采用运动发酵假单胞菌作为宿主,该菌相比于广泛使用的酿酒酵母,对水解液中抑制物耐受能力偏弱,菌株不够强壮,发酵时间比较长。帝斯曼菌株相比于嘉吉和普度大学开发菌株,在转化率上优势明显。原表中的上海工业生物技术中心/诺维信酵母数据系从2013年发表文章中摘录,今年诺维信在Enzymes&Biocatalysis2015会议上公布的数据有了很大幅度的提高,其48h糖利用率以及乙醇转化率同帝斯曼公司不相上下,表明秸酿酵母已经处于世界商用纤维素乙醇酵母优异菌株行列。

 

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