[发明专利]生产乙醇的重组酿酒酵母菌株、其构建方法以及利用该菌株生产乙醇的方法

说明书

本发明提供了一种生产乙醇的重组酿酒酵母菌株、构建该菌株的方法、以及利用该菌株生产乙醇的方法。本发明的生产乙醇的重组酿酒酵母菌株以野生型酿酒酵母菌株为出发菌株，向其中引入XI木糖代谢途径并增强PPP途径中四个关键基因的表达，同时敲除醛糖还原酶基因GRE3以及任选敲除硝基苯磷酸酶基因PHO13，并通过膜定位基团的膜定位作用将外源引入的XI蛋白和XK蛋白定位于酵母细胞膜上。本发明的生产乙醇的重组酿酒酵母菌株能够高效地进行木糖代谢，从而实现C5糖和C6糖的共发酵，并由此实现更高的乙醇转化率。

技术领域

本发明涉及由生物质生产乙醇的重组酵母菌株。具体而言，本发明涉及能够同时利用五碳糖和六碳糖来高效生产乙醇的共发酵重组酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)菌株、构建该菌株的方法、以及利用该菌株生产乙醇的方法。

背景技术

近年来，诸多如石油等不可再生的化石能源日益枯竭，使得可再生能源，特别是生物燃料受到越来越多的关注，并带来巨大的商机和社会意义。有“绿色石油”和“液体黄金”之称的乙醇是一种新型的清洁可再生液体燃料，许多国家已经开始使用添加了一定比例乙醇的汽油—汽油醇，以减少汽油的消耗。这种新型燃料既能缓解石油的消耗速率，又可以减少汽车尾气污染，因此具有极大的应用和发展潜力。我国从2001年起开始推广使用汽油醇，目前汽油醇占汽油类燃料总消耗量的约20％，并处于逐年增长的势头。因此，利用农产物、农林废弃物等生物质作为原料来生产乙醇的策略越来越受到各国政府及研究人员的重视。

具体而言，生物质能源由于具有储量大、分布广、可再生等特点而被人们开发为煤、石油、天然气等化石燃料的替代能源，其中，将木质纤维素转化为燃料乙醇是生物质能源开发利用的一个重要方向。木质纤维素一般是指以木质素、纤维素以及半纤维素作为主要组成成分的生物质，相比淀粉和糖类等传统乙醇生产原料而言，木质纤维素十分廉价且容易获得，因而成为了目前生物质能源研究的主要材料。

目前，使用含木质纤维素的生物质进行的生物燃料生产属于先进生物燃料技术范畴。利用含木质纤维素的原料生产乙醇通常采用生物化学转化的工艺，此类生物化学转化工艺一般包括预处理、水解、发酵和回收等步骤。纤维素、半纤维素和木质素之间通过共价键和非共价键结合形成致密的结构，阻碍了酶对木质纤维素的降解，因此在将木质纤维素水解发酵之前通常需要进行预处理，经过预处理，提高了酶和木质纤维素原料的可接近性，从而提高了原材料的可利用性及水解效率。水解(包括酶解)以后，半纤维素主要分解为五碳糖(C5糖，例如木糖)，而纤维素主要分解为六碳糖(C6糖，例如葡萄糖)。由于半纤维素的无定型结构，其更容易被水解为C5糖。在大多数木质纤维素水解物中，木糖是含量仅次于葡萄糖的一种单糖，因而，如果能够充分利用木质纤维素水解物中的木糖来发酵生产乙醇，将会大大提高木质纤维素的利用率及乙醇生产效率。在预处理阶段和水解(包括酶解)阶段，通常会得到部分发酵抑制物，例如甲酸、乙酸、糠醛等，因而在水解液发酵前需要进行脱毒处理，以消除这些抑制物对发酵的抑制作用。