[发明专利]酿酒酵母、包含其的微生物制剂及使用其生产乙醇的方法

说明书

本发明涉及一株用于乙醇发酵的酿酒酵母菌株、包含其的微生物制剂以及使用该酿酒酵母菌株生产乙醇的方法。本发明在保藏编号为CGMCC No.15103的重组酿酒酵母0918MUT的基础上，经过一系列驯化，得到了高度适应于目前乙醇发酵物料及工艺的C5/C6糖共发酵酿酒酵母菌株S.C X630。使用所述重组酿酒酵母S.C X630对工业上生产乙醇使用的纤维素类原料进行发酵，相比于C6糖单独发酵可实现乙醇发酵增产约30％，能够节约成本，具有良好的工业化和商业化应用前景。

技术领域

本发明涉及微生物技术领域。具体而言，本发明涉及一株用于乙醇发酵的酿酒酵母菌株、包含其的微生物制剂及其在乙醇发酵领域中的应用。

背景技术

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，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)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(由此得到的乙醇通常称为“纤维素乙醇”)。

在天然微生物中，存在两种将木糖代谢为木酮糖的途径，包括经由木糖异构酶的途径以及经由木糖还原酶和木糖醇脱氢酶的途径。在细菌(如密苏里游动放线菌(Actinoplanes missouriensis)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、锈赤霉链霉菌(Streptomyces rubiginosus)、节杆菌属(Arthrobacter sp.)和大肠埃希氏菌(Escherichia coli))、少数真菌(如梨囊鞭菌属(Piromyces)和根囊鞭菌属(Orpinomyces))以及植物(如拟南芥(Arabidopsis thaliana)、大麦(Hordeum vulgare)和水稻(Oryza sativa))等中，通过木糖异构酶的作用，仅需一步反应即可将木糖直接异构化为木酮糖。

在纤维素乙醇菌株开发中，菌株对木糖的利用及转化为乙醇的能力是最为关键的。利用木糖异构酶构建发酵半纤维素水解产物木糖来生产乙醇的重组菌株成为研究热点。就此而言，一方面，在现有的共发酵菌株中，一般是通过向酵母中引入木糖代谢途径来实现C5糖和C6糖的共发酵。另一方面，新型木糖异构酶的开发和分子改造也尤为重要。源于真菌及嗜热细菌的木糖异构酶能够在酵母中表达并显示出活性，并参与酵母木糖代谢途径的构建。基于木糖异构酶特定的催化机理进行理性设计并提高其催化效率，对构建新型高效利用木糖的重组酵母而言具有重要的应用意义和价值。