氧化還原電位對酵母細(xì)胞脅迫響應(yīng)的影響.pdf

1、繼第一代以玉米為代表的糧食作物、第1.5代以木薯為代表非糧作物后，以農(nóng)林業(yè)廢棄物為代表的木質(zhì)纖維素成為第二代燃料乙醇的新型原料，具有儲存量大、產(chǎn)能高和不受時令限制等優(yōu)點。但酵母細(xì)胞利用纖維素生產(chǎn)乙醇過程中面臨著多種環(huán)境脅迫，包括水解液中弱酸、呋喃衍生物和酚類等抑制物，以及不利的發(fā)酵環(huán)境如高溫、高滲透、低pH等多重壓力，導(dǎo)致細(xì)胞生長、葡萄糖利用和乙醇生成受到了抑制。本工作使用氧化還原電位(Oxidoreduction Potential，

2、ORP)調(diào)控乙醇發(fā)酵過程，考察了發(fā)酵液中氧化還原環(huán)境改變對細(xì)胞脅迫響應(yīng)的影響，并著重對酵母細(xì)胞高濃度乙醇發(fā)酵(Very highgravity，VHG)進(jìn)行了深入的代謝組學(xué)分析。結(jié)論如下:
　　(1)采用添加氧化還原試劑的方法調(diào)控發(fā)酵液ORP，在弱酸、呋喃衍生物和酚類物質(zhì)抑制物存在的情況下，氧化態(tài)可以提升生物量，進(jìn)而改善發(fā)酵結(jié)果。除苯酚外，氧化環(huán)境有利于提高乙醇收率。同時，添加氧化還原劑后，細(xì)胞代謝流向做出調(diào)整，甘油合成基本都受到

3、了促進(jìn)。ORP控制有利于脫除抑制物，對三種抑制物脫毒大小為乙酸＞糠醛＞苯酚。氧化還原劑的加入可能會與抑制物發(fā)生化學(xué)作用，但更多的是促進(jìn)酵母細(xì)胞自身代謝去除抑制物。
　　(2)三種不同的脅迫條件下，即高溫、高糖濃度、高乙醇濃度，添加氧化劑的氧化態(tài)均能促進(jìn)細(xì)胞的生長。推測可能是由于氧化劑的添加激活了細(xì)胞的抗氧化通路，誘導(dǎo)相應(yīng)蛋白的大量表達(dá)，使細(xì)胞能更好地應(yīng)對脅迫條件。
　　(3)采用通入無菌空氣的方式對ORP進(jìn)行調(diào)控，ORP曲線

4、可以反映出酵母細(xì)胞生長和乙醇生產(chǎn)情況。高濃度乙醇發(fā)酵中ORP控制在-150 mV時，發(fā)酵效率最好。聚類分析發(fā)現(xiàn)四種發(fā)酵條件的差異與溶液中的溶氧量有直接關(guān)系。主成分分析(PCA)表明-150mV時，細(xì)胞產(chǎn)生了更多種類的顯著差異物質(zhì)。在乙醇脅迫下糖代謝中間物、氨基酸、還原力等都會大量積累，但ORP為-150 mV時積累量減少，表明此條件下細(xì)胞面臨乙醇脅迫較小。
　　(4)使用Logistic模型分析更細(xì)致地考察了乙酸毒性及脫毒原理。通