酿酒酵母与Ag+的相互作用机制研究

为探讨酿酒酵母与Ag⁺的相互作用机制,分析了酵母吸附Ag⁺过程中细胞阳离子的释放状况,并利用红外光谱（FTIR）、带能谱仪的扫描电镜（SEM-EDX）、带能谱仪的透射电镜（TEM-EDX）等手段表征了酵母细胞在吸附Ag⁺前后表面官能团的变化以及Ag⁺在酵母细胞中的存在位置和状态.结果表明,酵母细胞吸附Ag⁺伴随着大量细胞阳离子K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺的释放.Ag⁺的存在会抑制体系pH值增加,并促进Mg²⁺、Ca²⁺的释放.与Ag⁺的吸附类似,K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺的释放也很快,并且符合准二级动力学方程.酵母对Ag⁺的吸附,可被认为是离子交换机制和共价结合机制共同发挥作用.FTIR证明酵母表面羧基对Ag⁺的吸附发挥重要作用.电镜分析结果表明,酵母细胞表面不仅吸附了Ag⁺,同时产生更高浓度的含Ag沉淀物,使Ag⁺从溶液中去除,这些含Ag沉淀不均匀地分布于细胞表面,含Ag沉淀的性质以及形成过程还需要借助其他分析手段进行进一步确认.     

酵母细胞对溶液中Co~(2+)和Cd~(2+)的生物富集

利用野生型酿酒酵母菌株及七基因缺失突变型酵母菌株,研究了不同基因型酵母株在不同的活性状态下对重金属Co2+和Cd2+的富集。结果显示,在磷酸盐缓冲液(PBS)中,酵母处于生长基本停止状态,两种酵母菌株都对Co2+和Cd2+表现出比较强的被动吸附能力,但野生型酵母的富集效率优于七基因缺失突变酵母株。说明酵母在PBS中对重金属的富集主要是依靠被动吸附机制,且与细胞的表面结构有关。在限制性培养基中,酵母的生长状态较好,野生型酵母对Co2+表现出了较好的主动富集现象,并且在暴露96 h时达到富集高峰,而七基因缺失突变酵母株中的含量随时间推移变化不大。在对Cd2+的富集过程中,七基因缺失突变型酵母表现出较野生型酵母更快速富集的效果。研究结果为利用酵母富集环境中重金属的实际应用提供了新的参考数据,提示对于不同环境下的不同毒性的重金属离子,可以采取不同的富集方法,针对性地设计应用方案。     

基于连续发酵驯化的高耐盐性酿酒酵母的育种

耐盐酿酒酵母菌株的育种对降低燃料乙醇生产成本具有重要意义.以具有优秀乙醇发酵能力的工业酿酒母菌株KF-7为出发菌株,通过连续发酵、产孢子及孢子培育、交配等获取稳定耐盐菌株.在盐胁迫条件下利用连续乙醇发酵驯化获得了耐盐突变菌株KF-7(4).在此基础上,通过孢子分离、培养、评价和交配,获得两株耐盐二倍体菌株KF-7(4)-3与KF-7-D1.这3株耐盐菌株在50次转接过程中保持着稳定的耐盐性.并且在9%KCl浓度下,3株耐盐菌株的乙醇发酵能力显著优于出发菌株KF-7:在15%YPD培养基中,发酵36 h时的乙醇浓度比出发菌株KF-7提高了21%.有盐和无盐条件下发酵过程中胞内海藻糖含量分析表明,突变菌株KF-7(4)和菌株KF-7(4)-3即使在无盐条件下的海藻糖积累能力明显高于出发菌株KF-7.本研究获得的变异酿酒酵母菌株具有较高的耐盐性和稳定性,耐盐性与胞内海藻糖积累能力提高相关.因此,基于连续发酵的进化工程手段可以有效地用于培育具有某种稳定性状的酿酒酵母菌株.     

全氟辛酸对酿酒酵母细胞毒性作用

全氟辛酸(PFOA)广泛应用于工业生产中,具有高度的生物毒性及生物蓄积性,然而PFOA对环境微生物的毒性影响仍有待深入开展.通过流式细胞术测定了酵母菌在不同浓度PFOA胁迫下细胞膜通透性、ROS、线粒体跨膜电位的变化,并且测定了MDA含量和Na+K+-ATPase、Ca2+Mg2+-ATPase活性变化.结果显示PFOA可使PI染色细胞比例增高,酿酒酵母细胞膜通透性增大、ROS和MDA含量升高、线粒体跨膜电位降低,且ROS含量、MDA含量与线粒体跨膜电位降幅均与PFOA胁迫浓度和时间呈正相关.Na+K+-ATPase、Ca2+Mg2+-ATPase活性先上升后降低,表明酿酒酵母在PFOA胁迫下,其生理活性受到抑制甚至发生细胞凋亡.证明PFOA对酿酒酵母具有生物毒性,100 mg·L-1PFOA对酿酒酵母具有即时毒性.该结果可为PFOA的影响评价提供更多依据.     

酿酒酵母对Ag^＋的吸附特性研究

为了深入探讨酿酒酵母吸附贵金属离子Ag+的特性,研究了吸附时间、离子浓度、初始pH值、温度对废弃酿酒酵母吸附Ag+的影响,并分析了动力学、热力学以及等温吸附特性.结果表明,酵母吸附Ag+的过程进行得很快,当Ag+初始浓度为1mmol·L-1、细胞浓度2 g·L-1条件下,反应10 min,Ag+可以达到平衡吸附量的86%以上.随后在24 h内吸附量缓慢增加,去除率基本维持在51%～55%左右.酵母吸附Ag+的过程可以用准一级和准二级动力学方程描述,后者模拟效果更好.酵母吸附Ag+的等温吸附过程可以用Langmuir方程描述,但Freundlich方程拟合效果较差.当Ag+初始浓度为0～8 mtool·L-1、酵母浓度2·L-1条件下,酵母吸附Ag+的Langmuir理论饱和生物吸附容量为0.385 mmol·g～.在pH 2.0-7.2范围内,吸附量随着溶液初始pH值升高而升高.10～40℃范围内,温度对酵母吸附Ag+的影响不如pH值的影响显著,特别是在低离子浓度下尤其如此.酵母吸附Ag+的较适宜温度为20～30℃.热力学分析表明,酵母吸附Ag+具有自发性、熵增特征.     

酿酒酵母吸附Zn(Ⅱ)过程中阳离子(K+，Mg2+，Na+，Ca2+)的变化分析

研究了酿酒酵母无缓冲溶液体系吸附Zn(Ⅱ)的过程中各种阳离子的变化情况.研究结果表明,当Zn(Ⅱ)的初始浓度是0.08～0.8 mmol·L^-1,酵母浓度约1 g·L^-1,初始pH为5.65,反应38h内,酵母的Zn(Ⅱ)吸附量为74.8～654.8μmol·g^-1,去除率达到76.4%～92.8%,pH值升高0.55～1.28.吸附过程中酵母首先快速释放大量K⁺,其次是Mg²⁺和Na⁺,Ca²⁺的释放量较少,数量级一般可分别达到几百、几十和几个μmol·g^-1.以离子交换为基础计算的各阳离子释放量总和一般超过Zn(Ⅱ)的吸附量,证明酵母吸附Zn(Ⅱ)的机理之一是离子交换,但不唯一.无缓冲溶液体系酵母吸附Zn(Ⅱ)的过程中溶液pH值升高,H⁺被吸收,K⁺等阳离子释放,是生物体细胞的本质属性,与Zn(Ⅱ)是否存在无关,但是Zn(Ⅱ)可以促进阳离子的释放以及降低酵母对H+的吸收,也反映出Zn(Ⅱ)与H⁺之间可以竞争细胞表面吸附位.死酵母的吸附量低于未处理酵母,与阳离子交换能力关系不大,可能与细胞表面变形导致Zn(Ⅱ)吸附困难有关.     

酿酒酵母提取物对废天然橡胶再生的研究

酿酒酵母R1在5L发酵罐中培养36h时,胞内谷胱甘肽(GSH)总量达304mg/L。将酵母菌充分裂解,提取物与废天然橡胶共反应。通过单因素对比实验,确定最适宜的反应条件如下:温度50℃,时间4h,100g胶粉,溶剂用量1.85mol,相转移催化剂用量2.75×10-2mol,酵母菌用量相当于GSH1.0g。处理后最高溶胀度为4.37,是原来的1.49倍。     

固定化酵母重复发酵性能调控

以2.5%海藻酸钠(w/v)、2%氯化钙(w/v)、2%菌体添加量(w/v,细胞干重)包埋固定酿酒酵母,通过增殖活化和批次短周期发酵对固定化粒子的发酵性能进行调控,减缓循环发酵中固定化粒子发酵性能的退化,同时利用扫描电镜(SEM)对固定化粒子的结构和酵母细胞分布情况进行表征.结果表明:调控后,固定化粒子在葡萄糖浓度为80g/L,pH 4.0,35℃的条件下发酵,发酵性能得到明显改善.调控前,连续3批次发酵,平均乙醇生产强度为0.33g/(L·h);调控后,批次发酵周期由72h缩短为24h,连续5批次发酵,平均乙醇生产强度提高至1.22g/(L·h).     

Optimization of fermentation process for saccharide-based fuel ethanol production by Saccharomyces cerevisiae北大核心CSCD

低成本、高产量的发酵工艺是实现工业燃料乙醇经济和环境可持续性发展的关键,而不需要重大基础设施改变或投资.为获得酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)利用甘蔗汁生产燃料乙醇的最优发酵工艺,首先对发酵体系的氮源条件进行优化;其次,在单因素试验基础上,以乙醇发酵效率为响应值,通过响应面法优化了燃料乙醇生产的发酵工艺,并通过补料分批发酵技术在5 L发酵罐中进一步扩大发酵.结果表明,以1.0 g/L (NH)SO和1.0 g/L酵母提取物作为发酵氮源,乙醇发酵效率和得率比对照可分别提高4.80%、9.52%.响应面设计获得的最优发酵工艺条件为在总糖浓度150.0 g/L、酵母提取物浓度2.0 g/L、发酵时间24.5 h、pH5.0、外加(NH)SO浓度1.0 g/L时,最高乙醇发酵效率可达到91.10%.在5 L发酵罐中采用补料分批发酵获得的最终乙醇浓度达到98.92 g/L,发酵效率维持在90%左右,乙醇生产力最高达到3.81 g Lh.本研究获得了一种高效生产糖质燃料乙醇的发酵工艺,可在较短时间内获得高浓度乙醇且消耗较少氮源,结果可为进一步利用糖质原料进行高效生物炼制及高浓度乙醇工业化生产提供参考.(图6表6参30)