酿酒酵母木糖发酵酒精途径工程的研究进展

合集下载

酿酒酵母及其代谢途径的研究进展

酿酒酵母及其代谢途径的研究进展随着人们生活水平的提高，酒成为人们聚会、社交的重要工具，而酿酒酵母则是酒的重要原料之一。

酿酒酵母作为一个微生物，它的代谢途径、基因调控以及发酵机制一直是研究者们的关注点。

本文将对近年来酿酒酵母及其代谢途径的研究进展进行探讨。

1. 酿酒酵母的功能及分类酿酒中常用的酵母分为酿酒酵母和物理酵母。

国际上通行的分类标准认为，酿酒酵母主要分为两类：Saccharomyces cerevisiae和Saccharomyces bayanus。

其中，Saccharomyces cerevisiae是最早被人们利用的酿酒酵母之一，其主要生长温度为16-20℃，被广泛应用于葡萄酒、啤酒、米酒以及烧酒等多个领域；Saccharomyces bayanus则生长温度较低，一般在8-14℃之间，常被应用于白酒等特殊领域。

除了被广泛应用于酒精行业外，酿酒酵母还有其他许多应用。

例如，在医药、食品、原料化学等领域，酵母的代谢途径和基因调控也得到了较广泛的研究。

在医药领域，酿酒酵母的代谢途径被应用于抗癌药物的研究；在食品领域，酿酒酵母的代谢途径则可以用来制造高值化合物的食品添加剂；在原料化学领域，酿酒酵母可以被用来代替化学试剂制造生物合成产品。

2. 酿酒酵母代谢途径的研究进展2.1 糖代谢途径酿酒酵母的代谢途径中糖代谢途径一直是研究者们关注的焦点之一。

传统的观点认为，糖代谢途径主要由葡萄糖进入酵母细胞，随后进入糖酵解途径或糖异生途径，最终产生能量和酒精。

近年来，随着基因测序技术以及代谢组学技术的发展，人们对酿酒酵母的糖代谢途径有了更深层次的认识。

例如，人们通过对酿酒过程中的代谢物进行分析，发现丙酮酸和二氧化碳等代谢产物的产生与酵母产生的酒精的量密切相关，这提示酿酒酵母的糖代谢途径与其酒精产生的机制有关。

此外，一些研究发现，酵母在不同的培养环境下糖代谢途径的表现也有所不同。

例如，在氧气充足的环境下，酵母可以将葡萄糖转化为生命活动所需的原料，产生的乳酸可以被用来维持酸碱平衡；而在氧气不足的情况下，酵母会将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳，以产生能量。

酿酒酵母的选育及其应用研究进展

酿酒酵母的选育及其应用研究进展0前言酿酒酵母（Saccharomyces Cerevisiae ）一直作为面包和馒头以及酿造葡萄酒和啤酒等产品的发酵菌株.随着石油资源的日益枯竭以及环境的持续恶化，能源和环境问题成为了全球关注的焦点.为了缓解能源危机给经济和环境带来的影响，各国一方面提高能源的利用率，另一方面大力开发新型能源.由于生物能源具有绿色性和可再生性，因此成为研究的热点与重点.研究发现[1]，通过酿酒酵母发酵代谢生产乙醇，然后将乙醇进一步脱水后再加上适量的变性剂就可获得变性燃料乙醇.因此，利用酿酒酵母发酵技术将甘蔗、玉米、木薯和纤维类废弃物等转化为燃料乙醇，已成为解决世界能源危机和开发生物能源的重要手段.燃料乙醇俗称酒精，是国民经济中十分重要的工业产品，用途十分广泛，如在食品行业用于配制各类白酒、果酒、药酒等；在化工行业用于合成化工产品（橡胶、苯胺、乙二醇等）；在燃料方面用于替代日益匮乏的石油资源，可有效减少环境污染，市场前景广阔；在医药工业用于提取医药制剂和作为消毒剂；染料生产、国防工业等也需要大量酒精；同时酿酒酵母中还含多种生理活性物质和营养成分，可用于食品和动物饲料的添加剂，不仅能提高其营养价值，而且还具有医疗保健功能，治疗机体因消化不良或维生素缺乏而引起的一些疾病.此外，酿酒酵母与动、植物同为真核生物，具有很多相同的细胞结构，并且具有生长繁殖快、代谢周期短、易于分离和培养等特点，在生命科学研究中被用作真核生物研究的模式生物.选育出优良的酿酒酵母菌种不仅能提高产品的产量和质量、降低生产成本、增加企业的利润和市场竞争力，还能缓解能源危机、减轻环境污染.因此，对酿酒酵母进行研发与利用具有重要的经济价值和科研意义.人们急切盼望获得具有多种优良特性的酿酒酵母菌株，尤其是转化乙醇能力强的酿酒酵母，其研究意义十分深远.1酿酒酵母研究进展酿酒酵母是人类使用较早的微生物之一，广泛用于食品和医药等领域.酿酒酵母是单细胞生物，同时也是一种典型的真核细胞模型和重要的模式生物，其生长繁殖快、代谢周期短、易于分离和培养等特性使酿酒酵母更方便于进行基因工程和遗传学研究.酿酒酵母作为传统的乙醇代谢菌株，具有耗糖快、遗传背景清晰、发酵工艺成熟和体内重组能力高效等特点，因此是生物质能源发酵的首选菌株.酿酒酵母全基因组测序早在1996年已完酿酒酵母的选育及其应用研究进展王卫国，张仟伟，赵永亮，李瑞静，林强，李晓丹，陶宜辰，王卫（河南工业大学生物工程学院，河南郑州450001）摘要：酿酒酵母中含有蛋白质、氨基酸、维生素、可食纤维以及微量元素等多种生理活性物质和营养成分，具有营养、保健和医疗等功能.此外，酿酒酵母还是酒精酿造的主要菌种，而酒精又是食品、医药、化工、燃料等工业的主要原料，因此，酿酒酵母在酿造、食品、医药保健、饲料、能源化工、环境保护和生命科学研究等领域中应用广泛，是一种十分重要的工业微生物资源.但由于目前很多企业缺少优良的酿酒酵母菌株，导致发酵的产品成本高、质量差.因此选育出具有多种优良特性的酿酒酵母具有巨大的经济价值和研究意义.综述了酿酒酵母菌种的筛选、育种及鉴定方法和目前的研究应用概况.关键词：酿酒酵母；菌种选育；菌种鉴定；应用概况中图分类号：TS201.3文献标志码：A河南工业大学学报（自然科学版）Journal of Henan University of Technology （Natural Science Edition ）第36卷第6期2015年12月Vol.36，No.6Dec.2015收稿日期：2015-06-18基金项目：河南省产学研合作项目（132107000061）作者简介：王卫国（1962-），男，河南汝州人，教授，研究方向为生物工程与生物制药.文章编号：1673-2383（2015）06-0104-09网络出版网址：/doc/b615913606.html,/kcms/detail/41.1378.N. 20151223.1630.038.html 网络出版时间：2015-12-2316:30:32 DOI:10.16433//doc/b615913606.html,ki.iss n1673-2383.2015.06.019第６期王卫国，等：酿酒酵母的选育及其应用研究进展成，是第一个完成基因组测序的真核生物.它包含16条染色体，全长为12068kb.编码专一性蛋白质的ORF（开放阅读框）有5885个，平均每个长度约为1450bp，只有极少数长度超过4500bp，最长的ORF约为14730bp，位于Ⅻ号染色体上，其功能尚不清楚[2].另外，酿酒酵母基因组的测序显示：其基因重组频繁地发生在高GC含量区.随着酿酒酵母全基因组测序的完成，对其基因的功能分析进入了一个新的阶段，相应的各种研究技术也随之迅速发展起来，如酿酒酵母表达系统的建立、酿酒酵母基因敲除技术、酿酒酵母基因定位技术、酿酒酵母双杂交技术、酿酒酵母功能基因芯片技术等，为研究酿酒酵母体内代谢合成乙醇机制以及分子传导通路等提供了便捷、高效的技术手段.但采用酿酒酵母菌株发酵也存在一些问题，如酒精耐受性低、不耐高温等.我国农产品资源丰富，但是利用率很低，如何提高生物能源乙醇的产率是当前亟需解决的问题.目前世界上90%的乙醇是通过酿酒酵母发酵生产的[3]，因此构建高转化率乙醇发酵菌株是燃料乙醇生产的重中之重.利用基因工程或代谢工程手段修饰或阻断酿酒酵母副产物的合成，提高乙醇产率是构建工程菌的主要策略.目前，酿酒酵母相关研究的主要方向是：⑴优良菌株的选育.工业上乙醇发酵的主要菌株是酿酒酵母，选育出发酵性能强、繁殖速度快、耐高浓度乙醇、适应性强的菌株是研究的主要方向.⑵发酵工艺优化.⑶基因工程菌的构建，通过生物工程技术选育和构建大量耐高温、耐乙醇等适应性强、高乙醇产量的菌株，如敲除酿酒酵母副产物代谢关键基因，促进乙醇的合成.酿酒酵母菌种质量的好坏对发酵工业的影响巨大，如何获得耐高渗透压且酒精发酵速率快、耐酒精和耐高温等特性的酵母菌种是目前研究热点.2酿酒酵母的选育酿酒酵母的选育包括筛选和育种两个部分.酿酒酵母菌株的筛选主要是通过杜氏管发酵试验，在高酒精度、渗透压、二氧化硫以及低温等条件下，根据产气量的多少和快慢来对酿酒酵母的耐酒精性、耐渗透压性、耐二氧化硫性、耐低温性等几个重要指标进行评价，从而对酿酒酵母进行特定筛选.随着分子生物学和基因工程技术的不断发展，酿酒酵母的育种方法也在不断更新，自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程育种都是目前常用的育种手段，但各有利弊.在菌种的选育时需要多种不同的育种方法配合使用，才能达到理想的效果[4-7].2.1自然选育自然环境中存在多种低剂量的诱变物质，如宇宙射线和各种短波辐射等，可使野生酿酒酵母菌株发生低频率的基因突变.在不经过人工处理的情况下直接对酿酒酵母菌群进行筛选的育种方法叫做自然选育.Li等[8]从葡萄汁样品中分离出32株酿酒酵母，分别对其发酵特性进行评价，结果显示其中一株命名为MMf9的野生酿酒酵母不仅发酵速率快、产甘油快，而且对高温、乙醇、渗透压、pH耐受性好.由此看来，自然界中确实存在着优良酿酒酵母的野生菌株，通过人工的分离和筛选，有可能获得具有优良性状的野生酿酒酵母菌株.自然选育是一种简单易行的选育方法，可以达到纯化菌种、防止菌种衰退、稳定生产、提高产量的目的.但是自然选育的最大缺点是效率低、进展慢，从自然界直接筛选的野生酿酒酵母，很难具有理想的特性.然而，近年来为了获得安全、无外源遗传损伤且有地域风格的菌株，很多国家开始重新重视自然选育.2.2诱变育种诱变育种是指用物理、化学诱变剂和生物诱变剂作用于酿酒酵母细胞，使其基因的突变率大大提高，然后筛选出符合人们特定需求的优良酿酒酵母菌株，进而培育出新品种的育种方法.根据诱变方式的不同可分为3种[9-11]：物理诱变、化学诱变和航天诱变.2.2.1物理诱变紫外线、微波、超声波以及能引起电离辐射的射线或快中子等物理诱变因素都会增大酿酒酵母菌株DNA的碱基发生错配率，从而提高酿酒酵母的基因突变率.Son等[12]对一株啤酒酵母进行紫外线诱变筛选抗老化能力的菌株，筛选获得一株A27菌株，其发酵能力比诱变前提高了15.8%.Bourens 等[13]以絮凝性弱而其他发酵指标皆可的啤酒酵母菌为出发菌株，以激光-氯化锂为复合诱变剂诱变啤酒酵母得到一株絮凝性适中的啤酒酵母，絮凝性为37.9%，比原菌株提高了1.61倍.物理诱变具有操作简单、高效、无污染、变异率高和易推广等优点.但有些物理诱变方法如高压、超声波和高能离子束以及X射线等方法虽诱变效果很好，但电离性和穿透力都很强，如果不是专业的技术人员在相应的设备中操作，危险性较大.2.2.2化学诱变用化学诱变剂处理酿酒酵母，从而使酿酒酵母的基因突变率大幅提高，然后根据育种目标培育出新品种.Theis等[14]以啤酒酵母X为出发菌105第３６卷河南工业大学学报（自然科学版）株，用亚硝基胍（NTG）和甲基磺酸乙酯（EMS）连续诱变，通过初筛及复筛，得到一株产蛋白酶A活力低的啤酒酵母突变株GM235.与出发菌株X相比，GM235发酵的啤酒正丙醇含量高于出发菌株，蛋白酶A活力降低了19.83%，异戊醇和总高级醇分别降低了5.03%和4.87%.化学诱变育种是一种经济方便的育种方法，并且不同化学诱变剂对染色体、基因等的诱变还具有专一性.但是化学诱变剂大多是致癌物质，使用者必须做好防护措施.2.2.3航天诱变航天诱变育种是指利用高空气球或往返式航天器等能达到的空间环境对酿酒酵母的诱变作用而进行育种的方法.Vigentini等[15]对经航天诱变的啤酒酵母菌进行复壮，并对复壮后的酵母菌株从细胞大小、菌落形态、发酵力以及增殖情况等几方面进行了筛选.试验结果表明，诱变后菌株的发酵力、生长速度均优于出发菌株.航天诱变育种是集航天、生物、育种等技术为一身的尖端育种方法，具有育种周期短、突变率高、安全无污染等优点. 2.3原生质体融合育种原生质体融合是指将两个不同的酿酒酵母细胞通过酶解脱壁，在高渗条件下形成球形原生质体，然后由聚乙二醇（PEG）促融.原生质融合育种是利用两株酿酒酵母细胞质间相互融合时两套基因组会发生接触与交换，导致基因组间进行遗传重组，从而获得融合了两亲本优良性状的新酿酒酵母菌株的一种育种方法.Stanley等[16]将生产用的两种啤酒酵母分别进行单倍体化，再利用PEG 进行融合.经试验证明融合子是一株口味独特、发酵度高、絮凝性强、遗传性能稳定的啤酒酵母新菌株.Clemente等[17]用F-20-7与酒类酒球菌SD-2a 进行融合，获得的融合子降解苹果酸的能力高达85%，比已有报道的最高降酸率高出7%，与酒球菌的降酸能力不相上下.由此可知，原生质体融合育种可使基因重组的频率大幅提高.此外，原生质体融合育种还克服了远缘杂交不亲和等难题.2.4杂交育种杂交育种是指将具有不同优良性状的酿酒酵母个体间进行杂交，使控制优良性状的遗传物质进行重新组合，然后在其杂种后代中分离挑选出具有双亲优良性状纯合子的育种方法.Pawel等[18]用选自乳清的酿酒酵母与葡萄汁酵母为亲本进行杂交，获得的杂合子同时具有分解苹果酸能力强和生成乙酸能力弱的特点，其降酸能力提高了20%左右.Kapsopoulou等[19]曾将一株絮凝性强酵母与一株不产SO2的酵母杂交获得了一株絮凝性比较强且不产SO2的酵母，并用于生产中.杂交育种不仅扩展了变异范围，而且克服了酿酒酵母菌株在经历长期诱变剂处理后造成的菌株生长活力降低、生长周期变长、孢子量锐减、代谢缓慢、产量和性状难以继续提高等缺陷，并且杂种后代的生活能力、适应性和抗逆性都很强.但杂交育种还存在着不易产生新的基因且操作方法复杂、对技术和设备要求高、优良性状的分离和育种的周期长等不足.2.5基因工程育种基因工程不仅能改变原有的基因，甚至能创造新的物种.基因工程在微生物育种方面的技术目前已经相当成熟[20-24].基因工程就是在分子水平上将具有某种优良性状的外源目的基因（遗传物质片段）在体外经限制性内切酶与连接酶的“剪接”作用后，再与特定载体构成重组分子，然后插入酿酒酵母菌基因的特定位置中，并使这个目的基因能在酿酒酵母细胞内进行稳定的复制、转录、翻译和表达的一种育种技术.Caruso等[25]从S. cerevisae和S.nvarum品系中克隆编码乙醇乙酰转移酶的基因，转导至酵母细胞中，乙醇乙酰转移酶表现出高活性，提高了啤酒中乙酸戊乙酯和乙酸乙酯等产香气物质的生成，啤酒的香味更强烈.基因工程育种最大的优点是不受种属限制、可按照人们的需要对菌种进行定向改造.但是，基因工程育种对技术要求高，且外源基因的表达可能影响酿酒酵母的酿造特性，还有可能引起生态危机.2.6代谢工程育种代谢工程是指通过基因工程的手段改变酿酒酵母细胞的代谢途径[26].利用代谢工程方法对酿酒酵母进行改造育种时，首先要分别从酿酒酵母细胞的基因、RNA、蛋白质、代谢物、代谢通量等多个层次对酿酒酵母的代谢流量及代谢控制进行定量且系统的分析，寻找出最佳的代谢途径，然后再利用DNA重组技术和相关遗传学手段对酿酒酵母的细胞进行遗传修饰，例如改变酿酒酵母基因的结构、删除不良基因或加入新的优良基因等，从而合理设计出细胞的代谢途径.Hontz等[27]利用构建酵母菌-大肠杆菌穿梭质粒，将柄状毕赤酵母依赖木糖还原酶和木糖醇脱氢酶基因导入酿酒酵母菌体内，获得的转化子能同时有效的将木糖和葡萄糖转化为乙醇.代谢工程育种能扩展代谢途径、重新分配代谢流、转移或构建新的代谢途径，从而改变酵母菌种的底物利用，提高生产可操作性，减少有害副产物产生.106第６期3酿酒酵母的鉴定方法3.1传统鉴定传统的酿酒酵母的分类鉴定主要根据细胞繁殖类型，产孢子状况，菌落的颜色、大小和形态等，以及生理生化试验，再参照《酵母菌的特征和鉴定手册》和《微生物分类学》，进行相关菌种的鉴定.传统鉴定不仅工作量大、周期长、操作复杂且鉴定结果的重复性差[28-30].3.2现代分子鉴定现代分子鉴定法主要以核酸作为研究对象，研究的是基因型，而非表现型，因此能反映其遗传本质[31-33].现代分子鉴定法具有稳定性好、易确定同源关系、便于计算机分析等优点，不仅提高了鉴定的准确度，而且缩短了鉴定时间.近年来，随着分子生物学的高速发展，兴起了很多新的酿酒酵母鉴定方法，接下来对几种常见的酿酒酵母现代分子鉴定方法进行简单介绍.3.2.1DNA同源性分析不同酿酒酵母菌株之间的亲缘关系越远，那么它们之间共有的相同核苷酸序列就越少.研究表明[34]，同源率在70%以上代表同一种，同源率在40%～70%之间的代表同一种内亲缘关系比较远的菌株，在40%以下则被认为代表不同的种.采用分子杂交的方法就可以找到两株酿酒酵母之间的DNA同源序列，进而可知道同源百分率的高低. DNA 同源性分析方法不仅可以区分不同的酵母菌种，而且还能区分酿酒酵母种内不同菌株的亲缘关系远近.3.2.2脉冲电场凝胶电泳核型分析酿酒酵母的核型是指染色体的条数及大小，核型间接地反映了酿酒酵母所含有的遗传物质的多少及其组织形态，且会随物种的分化而变化[35-37].脉冲凝胶电泳核型分析是利用琼脂糖凝胶电泳可在凝胶中分离出完整的酿酒酵母染色体DNA，之后便可测定酿酒酵母细胞染色体条数及每条染色体DNA分子的大小.Andrea等[38]通过脉冲电场凝胶电泳分析并发现，在电泳核型上，酿酒酵母、贝酵母和巴氏酵母与少孢酵母具有很显著的差异.此方法是一种快捷、方便、有效的辅助手段.但在进行分类鉴定时必须以形态、生理、生化等指标为基础.3.2.3核糖体DNA序列分析酿酒酵母的核糖体RNA中包括26S、18S、5.8S 和5S4种不同沉降系数的核糖体RNA片段，其对应的基因片段在遗传上既相对稳定性又有一定的突变性.大亚基上的26S rDNA分子可分为D1、D2、…、D12等多个区域，但D1/D2区域序列的长度适中，适于酿酒酵母的鉴定.此外，酿酒酵母的ITS基因具有进化速度快、多态性等特点，适合亲缘关系较近菌株间的鉴定[39-42].Escot等[43]从酿酒葡萄产区采集了99份葡萄果粒利用菌落特征、细胞形态、生理生化特征结合26S rDNA D1/D2序列进行鉴定，成功将菌株鉴定.Romano等[44]通过26S rDNA D1/D2区域分析的方法，分析鉴定了自甘肃莫高葡萄酒厂分离的29株非酿酒酵母菌.核糖体DNA序列分析法在酿酒酵母菌种分类鉴定中效果很好.3.2.4PCR-RFLPDNA限制性内切酶作用片段多态性（Restriction Fragment Length Polymorphism，RFLP）是指每种DNA限制性内切酶都有特定的作用位点，酿酒酵母5.8S rRNA基因及两侧的转录间隔区（ITS）具有显著的种间差异性，将PCR扩增的基因组DNA用特定的限制性内切酶酶解后电泳分离可获得高度多态性的图谱，通过与模式菌株的图谱比较从而对菌株进行鉴定.Patel等[45]用5.8S-ITS 区域的PCR-RFLP方法结合ITS序列分析，得到东北山葡萄酒发酵酵母的19种酶切图谱，进行的分子鉴定的结果与已知的酵母种类完全一致.由此说明此方法鉴定结果准确、简便、快捷.除上述几种方法外，DNA G+C摩尔百分含量分析、等位酶分析、线粒体DNA限制性酶切分析、DNA微卫星分析、DNA的RAPD分析、巢式PCR 扩增、rDNA序列分析、可溶性蛋白酶分析、显微傅里叶变换红外光谱分析等[46-49]也是酿酒酵母现代分子鉴定的常用方法.4酿酒酵母的应用概况酿酒酵母虽然形态简单但其代谢产物多、生理结构复杂且富含多种生理活性物质和营养成分，在酿造、医药保健、饲料、能源化工以及生命科学研究等领域中广泛应用.4.1酿酒酵母在酿酒工业中的应用由于酿酒产业是我国的支柱产业之一，因此酿酒酵母在国民经济中有着举足轻重的作用[50].酿酒酵母所酿酒的种类繁多，如白酒、啤酒、黄酒和果酒等，并且形成了各种类型的名酒，如贵州茅台酒、绍兴黄酒、青岛啤酒和张裕解百纳等.一般来说，酒的品种不同，所用的酿酒酵母以及酿造的工艺也不同.但就算是同一类型的酒，不同的地区也有独特的酿造工艺和不同的风味[51].王卫国，等：酿酒酵母的选育及其应用研究进展107第３６卷河南工业大学学报（自然科学版）4.2酿酒酵母在医疗保健中的应用我国古代就有用酿酒酵母来治疗疾病的记载[52]，中医将其称为“神曲”.现代医药上将酿酒酵母制成酵母片，即市售的食母生片，可用于提高新陈代谢机能，治疗消化不良症、肝脏疾病和药物中毒以及白血球减少症和肝炎等疾病.另外，酿酒酵母还可作为一些微量元素的载体，如在酵母培养过程中，添加硒可用于治疗克山病、大骨节病和防止细胞衰老，添加铬的酿酒酵母可用于治疗糖尿病等.在医药生产中，可从酿酒酵母细胞中提取凝血脂、麦甾醇（纤维素的前体）、卵磷脂、核酸、核苷酸、多糖、氨基酸、谷胱甘肽和核苷类药物等多种生化药物[53].此外，利用现代分子生物学技术可以制备相应的基因重组酵母育苗，为攻克及预防相关疾病提供试验支撑.4.3酿酒酵母在饲料生产中的应用酿酒酵母蛋白质含量高达50%以上，在畜牧业中一直作为单细胞蛋白的主要来源而被广泛使用.单细胞蛋白是从含蛋白的微生物中提取的蛋白质，具有促进动物的生长发育、缩短饲养期、增加肉量和蛋量、改善肉质和提高瘦肉率、改善皮毛的光泽度和增强幼禽的抗病能力的作用.此外，酿酒酵母还存在于动物肠道中，不仅可以提高反刍动物对饲料干物质、纤维素、半纤维素、蛋白等有机物和磷酸的消化率，增强机体的免疫力，还能提高饲料中矿物质利用率，有助于动物充分利用饲料中的养分.随着家畜摄入酿酒酵母量的增加，酿酒酵母会在家畜的肠胃道上大量繁殖，可有效改善家畜肠胃的菌群结构，增强家畜的免疫力和抗病力.4.4酿酒酵母在能源化工中的应用酿酒酵母在能源化工中主要用于生产酒精，酒精除了可作为“绿色”燃料外还是许多化工行业中不可缺少的基础原料和溶剂，如合成橡胶、聚丙乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、聚氯乙烯、乙醚、脂类、环氧乙烷和乙基苯等化工产品.另外，酒精还是香料、染料、油漆、树脂等工业生产部门必不可少的有机溶剂，还可作为珠宝、钟表等的洗涤剂.酒精也是生产和加工油漆和化妆产品中不可缺少的溶剂.我国农副产品资源丰富，把农副产品用于工业酒精生产也是农产品深加工和保护环境的一条有效途径[54].4.5酿酒酵母在生命科学研究中的应用酿酒酵母与动、植物同为真核生物，且全基因组比较小、遗传背景相对清楚，因此被广泛作为真核模式生物[55].通过对酿酒酵母基因进行连锁分析、定位克隆和测序验证等一系列检测后就可获得与人类某些疾病相关的基因序列，使构建精细的遗传图谱成为可能，可大大提高人类基因遗传性疾病（如糖尿病、小肠癌等）的诊断和治疗水平.酿酒酵母作为真核生物的模式菌株，与分子生物学技术结合后会使人类对真核生物的功能基因组信息、生物信息学、蛋白组学、DNA芯片、基因敲除、药物基因等方面的研究更加深入，同时还有助于菌株的改良.5存在的问题和解决办法5.1存在的问题目前酿酒酵母在选育和研究应用中还存在以下问题：⑴酿酒酵母各种耐受性的机理还不清楚，有关耐低温、耐酒精、耐高渗等的研究很多，虽然在应用研究上，通过添加培养基成分、改变培养条件以及菌种选育等方式已使酿酒酵母各种耐受性大大提高，但耐受性的机理还不清楚.⑵研究和应用还局限于传统领域，还需扩展.⑶缺少酿酒酵母在工业生产中不同胁迫因素之间相互影响的研究，酿酒酵母在工业生产中除了受乙醇的毒性影响外，还受到高温、高渗透压等胁迫因素的影响，目前的研究大都是单一胁迫因素对乙醇发酵性能的影响，很少研究各胁迫因素之间的联系.⑷已取得研究成果未能在生产中应用，例如啤酒废酵母对重金属的生物吸附应用没能在实际生产生活中大规模。

酿酒酵母的酒精代谢途径的研究及其在酿酒中的应用

酿酒酵母的酒精代谢途径的研究及其在酿酒中的应用酿酒是人类发明的一项历史悠久且具有深厚文化背景的技艺。

在酿酒过程中，酵母起到了至关重要的作用。

酿酒酵母通过代谢葡萄糖生成乙醇和二氧化碳，从而实现了葡萄酒、啤酒等饮料的制作。

酿酒酵母的酒精代谢途径研究对于提高酒的品质、改善酿酒过程、保障酿酒质量具有重要作用。

本文将从酿酒酵母的酒精代谢途径、代谢调控机制和在酿酒中的应用三个方面分别进行讨论。

一、酿酒酵母的酒精代谢途径酿酒酵母的酒精代谢途径一般被分为两条途径：Embden-Meyerhof-Parnas途径和Pentose-Phosphate Pathway途径。

在Embden-Meyerhof-Parnas途径中，葡萄糖被磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸，并在一系列酶催化下生成丙酮酸、乳酸和乙醇等代谢产物。

而在Pentose-Phosphate Pathway途径中，酵母通过氧化葡萄糖酸生成NADPH和核糖酸，从而支持细胞内的生物合成反应。

二、酿酒酵母酒精代谢调控机制在酵母的酒精代谢途径中，有许多重要的调节机制可以控制代谢途径，从而使代谢途径更加适应不同的环境条件。

其中包括以下几个方面：1. 糖分信号通路：糖分信号通路是酵母细胞感应环境中糖分浓度的机制。

当酵母细胞感应到较高的糖浓度时，会抑制代谢酒精途径，从而使酵母细胞将能量用于细胞生长和分裂。

2. 能量信号通路：能量信号通路是酵母细胞对ATP/ADP比率的响应机制。

当细胞内ATP/ADP比率较低时，会激活腺苷酸脱酸酶和腺苷酸酰化酶，从而活化酒精代谢途径，并产生更多的ATP。

3. 线粒体透氧调控机制：线粒体透氧调控机制指的是线粒体氧化磷酸化链中的电子传递受到调节的过程。

线粒体透氧调控机制可以影响酵母细胞的 ATP 出口、线粒体内K+/H+交换等过程，从而影响酒精代谢途径的活性。

三、酿酒酵母酒精代谢途径在酿酒中的应用酿酒酵母的酒精代谢途径在酿酒过程中经常被应用，尤其是在生产工业级别酒精时更为重要。

木糖乙醇发酵技术研究进展与前景

求在汽油中加入一定比例的生物燃料乙醇。为可再生能源的一种，作生物燃料乙醇的发展有利于缓
解石油消费危机、保护环境、整农业结构和增加就业。调巴西、国是目前世界上燃料乙醇工业发展美
相对比较成熟的国家。
维质发酵生产乙醇的研究，具有十分重要的现实和长远意义。要从根本上降低燃料乙醇的成本，必
须寻找到新的更廉价的替代原料，比如玉米杆、稻草、麦秸等纤维质原料。
１植物纤维质的物质结构
众所周知，阳能是地球赖以生存的终极能源，类用各种方式直接或间接地利用太阳能为自太人
维普资讯
２２６
中国麻业科学
ＰＡＴＦＢＲＳＩＮＥＮＨＩＡＬＮＩＥＣＥＣＳＩＣＮ
２００６年第２８卷第５期
文章编号：６３— ６６２０）５—０６１７７３（０６０２２—０５
目前各国的乙醇主要以玉米、麦、干等粮食为原料经过发酵生产而成，小薯尤其象中国这样的人口大国，粮食作为原料生产乙醇决非长远之计。用汽油乙醇的推广必将增加粮食的供需矛盾。车
但人类拥有十分丰富的植物纤维质资源，其是农林废弃物资源，展利用农林废弃物生产燃料乙尤开醇的研究不仅可以解决农林废弃物的利用问题，而且可以缓解粮食和能源紧张。因此，用植物纤利

木糖发酵生产酒精的研究进展

20 614 0132 0103
Pachysolen tannophilus NRRL Y- 2460 20 612 0131 0106
P1 tannopirilus RL 171
50 1318 0128 0128
P1stipitis CBS 5573 (5)
20 519 0130 0102
P1stipitis CBS 5576
细菌中研究最多的是运动发酵单胞菌 ,其酒精产率可达理论产率的 97 % ,高于其他细菌甚至有些酵母 ,耐酒精能力 (7 %) 高于其他大多数细菌 ,但低于酵母 ,但其对于基质的利用范围窄 ,只能利用葡萄糖、果糖。细菌发酵木糖传代快、发酵时间短 ,除了能发酵单糖外 ,还能发酵纤维素、生物高聚糖等 ,但随着乙醇的产生伴随着一些副产物如有机酸和其他醇类 ,也有乙醇得率低等缺点。同时 ,较高 pH 条件下的细菌发酵容易引起杂菌污染。Lynda 等[9]发现的一株极端嗜热的产乙醇细菌 ( Thermoanerobacter ethanolicus) 可在 68 ℃高温下采用连续培养法由木糖获得乙醇 ,其得率可达 0144 g/ g。
31938
细菌 :重组体
Erwinia chrysanthemi B374
5 0144
Escherichia coli B ,pLOI279
80 3912 0149 0170
E1 coli BKO11
80 4116 0152 0187
Klebsiella oxytoca M5A1
100 4610 0146 0196
Abstract : Xylose fermentation is one of the key factors in the cost of ethanol production with lignocellullose as feedstock. The background ,advances at home and aboard ,and the culture parameters of ethanol production by xylose fermentation ,and its prospect in lignocellullose ethanol industry are reviewed.

酿酒酵母代谢途径和生理特性的研究及应用

酿酒酵母代谢途径和生理特性的研究及应用酿酒酵母是酿造酒类中最常用的微生物之一，其代谢途径和生理特性的研究及应用对于酒类工业的发展具有重要意义。

本文将介绍酿酒酵母的代谢途径和生理特性的研究现状和应用领域。

1. 酿酒酵母代谢途径的研究酿酒酵母的代谢途径是指其在酿酒过程中产生的代谢产物和反应途径。

对于酿酒酵母的代谢途径的研究，可以从以下几个方面入手。

首先是酵母的糖代谢途径。

酿酒酵母主要利用葡萄糖发酵产生乙醇、二氧化碳和热能，乳酸和丙酮也是主要代谢产物之一。

酒类工业中，常常需要调节酿酒酵母的糖代谢途径，以实现酒精度和口感的调整。

因此，酿酒酵母的糖代谢途径的研究对于酒类工业的发展非常重要。

其次是酵母的芳香化合物代谢途径。

芳香化合物是酒类中重要的风味成分，其产生主要依赖于酿酒酵母的代谢途径。

酵母中的代谢酶可将氨基酸代谢成酪氨酸、苯丙氨酸等芳香族氨基酸，在发酵过程中生成类似于肉桂醛、苯乙醇等多种芳香化合物。

因此，对于酿酒酵母的芳香化合物代谢途径的研究非常重要，有助于提高酒类的风味特性。

最后是酵母的氧代谢途径。

氧气是酿酒酵母生存所必须的，但是过多的氧气也会影响酵母的代谢途径，对于酒类的品质产生负面影响。

因此，对于酿酒酵母的氧代谢途径的研究非常重要，有助于提高酿酒酵母的适应性和生存能力，从而提高酿酒的效率和品质。

2. 酿酒酵母生理特性的研究除了代谢途径的研究外，酿酒酵母的生理特性研究也非常重要。

酿酒酵母的生理特性包括生长速度、耐受温度、耐受pH值等方面。

首先是生长速度的研究。

酿酒酵母的生长速度会受到发酵过程中的各种因素的影响，包括糖浓度、氨基酸含量、酸碱度、温度等等。

研究酿酒酵母的生长速度，可以为酒类生产提供更加科学的方法和准确的数据支持。

其次是耐受温度的研究。

酿酒酵母需要在相对恒定的温度下进行生长和发酵，过高或过低的温度都会影响酿酒酵母的生长和发酵过程。

因此，研究酿酒酵母的耐受温度，有助于制定酿酒的最适温度，并提高酵母的生存能力和适应性。

酿酒酵母发酵过程中各类代谢物质代谢途径及其调控机制研究

酿酒酵母发酵过程中各类代谢物质代谢途径及其调控机制研究酒是人类在几千年的历史中所创造的一种美酒。

酒的制作过程中，必不可少的一个元素就是酵母。

酒酵母是一种单细胞真菌，可以将糖类等有机物质转化为乙醇、二氧化碳等有机物。

在发酵过程中，酒酵母需要调节各类代谢物质的代谢途径，以维持整个发酵过程的正常进行。

本文将介绍酿酒酵母发酵过程中各类代谢物质的代谢途径及其调控机制的研究。

一、酿酒酵母的代谢途径简介酿酒酵母的代谢途径主要包括三个方面：糖类代谢途径、脂类代谢途径和氮素代谢途径。

1、糖类代谢途径糖类代谢途径是酿酒酵母在发酵过程中最为重要的代谢途径。

在糖类代谢途径中，酿酒酵母可以将葡萄糖、果糖等糖类分子转化为乙醇、二氧化碳和能量等有机物质。

糖类代谢途径主要包括三个部分：糖酵解途径、三羧酸循环和氧化磷酸戊糖途径。

2、脂类代谢途径脂类代谢途径主要是指酿酒酵母在发酵过程中通过β-氧化、格丽尔酯途径等途径，将脂肪酸代谢为能量和生长所需的脂类物质。

酿酒酵母在糖类能源不足的情况下，会启动脂类代谢途径维持生物体的正常代谢过程。

3、氮素代谢途径氮素代谢途径主要是指酿酒酵母在发酵过程中将胺基酸和氨基化合物等通过转移和合成等途径，合成生物体所需的蛋白质和核酸等物质，从而完成代谢过程。

二、酿酒酵母代谢途径调控机制酿酒酵母的代谢途径调控机制可以由多种因素参与，如细胞内外环境因子、代谢产物均有影响。

其中，下面我们将具体说明几个调控机制。

1、酒精脱氢酶（ADH）和乙醇酸脱氢酶（ALDH）调控ADH和ALDH是酿酒酵母在糖类代谢途径中最为重要的代谢酶。

ADH能够将葡萄糖、果糖等糖类分子转化为乙醇；而ALDH则能够将乙醇进一步氧化为乙酸。

这两种脱氢酶在整个代谢途径中起到非常重要的调控作用。

2、代谢通路中枢调控代谢通路中枢调控是指通过酶活性的调节和代谢产物的交互作用，来调控酿酒酵母在代谢途径上的分化发育和维持生长，以适应各种环境的需要。

比如，在整个糖类代谢途径中，酿酒酵母可以通过调节各种关键酶的活性，来影响代谢物质的转化和积累。

木糖发酵乙醇菌种的研究进展

③ 副产物对木糖代谢的影响。比如糠醛、乙酸、乳酸等。这些副产物的过多积累会导致发酵液中的H+浓度增加，增加了能量的消耗，而细胞没有足够的能量补充，抑制了细菌酒精的发酵。这需要引入阻断乙酸、乳酸的合成酶的途径，消除乙酸和乳酸的产生以及减少有机酸对细胞生长、木糖利用的抑制作用。
四、大肠杆菌（E.coli）

Z. mobilis属革兰氏阴性细菌，微好氧生长。它是唯一一种通过ED代谢途径将葡萄糖和果糖转化为乙醇的细菌。因其丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶基因能够高效表达，乙醇发酵能力非常突出。同时Z. mobilis生长的营养需求相对简单。这些优点使得Z.mobilis 在工业化生产领域具有广阔的应用前景。

大肠杆菌是目前研究最彻底的工程菌，它相比酿酒酵母和运动发酵单胞菌的优势在于E.coli能够利用的底物很广泛，它能够分解己碳糖（葡萄糖、果糖等）戊碳糖（木糖、阿拉伯糖等），而且所需的培养条件简单。
但E.coli主要缺陷是：pH值范围狭窄而中性（6.08.0）；适应性比酵母还差，具有潜在危险性；在乙醇发酵途径中缺少丙酮酸脱氢酶（PDC）和以及乙醇脱氢酶Ⅱ（ADH Ⅱ ）的水平低。
木糖发酵乙醇菌种的研究进展
ห้องสมุดไป่ตู้

一、研究背景二、酿酒酵母的改造三、运动发酵单胞菌的改造四、大肠杆菌的改造五、其他菌种的改造六、总结与展望
一、研究背景

随着人类不断的对能源的需求和无止境的开采，石油等天然能源已逐渐枯竭，而近些年来，更不断的有国家为了争抢能源而爆发战争等。伴随着石油危机，环境问题也逐渐明显，因此，人们迫切需要寻找新的可持续能源来解决现在的问题。

酿酒酵母的代谢和发酵调控机制的研究

酿酒酵母的代谢和发酵调控机制的研究一直是酿酒工业和生物工程领域中的热点问题。

酿酒酵母是一种单细胞真菌，广泛存在于自然界中，也是酿酒和面包生产等行业中重要的微生物。

酿酒酵母的代谢通路非常复杂，包括糖、酒精、脂肪酸、氨基酸等多种代谢途径。

其中，糖代谢是酿酒酵母最为重要的代谢途径之一。

对于酿酒过程来说，糖是产酒的主要来源，而且也是调节酵母发酵速率和产生酒精的关键因素。

在酿造葡萄酒和啤酒等过程中，酵母细胞会通过糖酵解作用将葡萄糖转化成乙醇和二氧化碳。

这个过程是通过酿酒酵母的发酵途径和调控机制来完成的。

酿酒酵母通过三种不同的代谢途径来将葡萄糖转化成乙醇和二氧化碳。

这些代谢途径分别是糖酵解、异路线偏好途径和呼吸途径。

糖酵解是酿酒酵母的主要代谢途径之一。

它的主要功能是将葡萄糖转化成乳酸、乙醇和二氧化碳。

这个过程是通过一系列内源性发酵酶完成的，包括磷酸戊糖激酶、三磷酸甘油酸脱氢酶、磷酸烯醇丙酮酸羧化酶和乙醛脱氢酶等。

异路线偏好途径是酿酒酵母在缺氧条件下的代谢途径。

这个途径的主要功能是将葡萄糖转化成琥珀酸或乳酸，从而产生ATP能量。

值得一提的是，这个途径对于提高酵母的耐受性和生存能力有重要的作用。

呼吸途径是一种氧化代谢途径，能够利用细胞内氧气来转化葡萄糖。

这个途径的主要功能是将葡萄糖氧化成二氧化碳和水，从而产生更多的ATP能量。

除了代谢途径外，酿酒酵母还通过调控机制来确保代谢途径的高效运行。

这种调控机制通常包括迟滞效应、负向调控和正向调控等。

迟滞效应是指酵母在繁殖前期对葡萄糖的吸收速度比在繁殖高峰期要慢。

这个调控机制的主要作用是确保酿酒酵母在繁殖过程中充分利用葡萄糖。

负向调控是一种控制代谢途径的机制，通过这种机制可以控制代谢途径中关键酶的活性和基因表达。

这个机制通常由特定的信号通路负责，并且可以通过信号反馈机制将酵母代谢途径的效应与周围环境相互协调。

正向调控是另一种控制代谢途径的机制，通常通过提高代谢途径中关键酶的活性和基因表达来实现。

重组酵母发酵木糖

ＸＲ对辅因子ＮＡＤＰＨ的亲和力远远高于对ＮＡＤＨ的亲和力，但ＸＤＨ却须要以ＮＡＤ＋为辅因子；在限氧乙醇发酵条件下，酵母细胞内积累的ＮＡＤＨ不能及时被还原成ＸＤＨ所需的辅酶ＮＡＤ＋，造成了酿酒酵母细胞内辅酶氧化还原的不平衡（推测这是缺氧条件下木糖代谢效率低及木糖醇累积的一个主要原因）。因此，通过改变Ｐ．ｓｔｉｐｉｔｉｓ的ＸＲ，ＸＤＨ的辅酶偏好，使二者利用的辅酶能相互偶联，是解决酿酒酵母木糖代谢工程菌辅酶不平衡问题的一项探索性研究。Ａｎｄｅｒｌｕｎｄ将ＸＲ和ＸＤＨ两种酶的基因用一小段ＤＮＡ连接在一起，得到具有双功能酶活性的融合蛋白，使ＸＲ有更高的机率与ＮＡＤＨ结合［１１］。与分开表达ＸＲ和ＸＤＨ单体的菌株相比，这种重组酵母的木糖醇产生率降低１１．３％，乙醇得率升高了２０．３％。Ｗａｔａｎａｂｅ分析了多羟基脱氢酶ＮＡＤ＋和ＮＡＤＰ＋结合区域的氨基酸的序列特点，利用三点及四点突变改造ＰｓＸＤＨ，结果改造后的ＸＤＨ对特异性结
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＣａｐｉｔａｌＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｘｙｌｏｓｅ－ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｂｉｏ－ｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃｂｉｏｍａｓｓｔｏｅｔｈａｎｏｌ，ｂｕｔｔｈｅｎａｔｕｒａｌＳ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅｉｓｎｏｔｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｉｔｃａｎｎｏｔｃｏｎｓｕｍｅｘｙｌｏｓｅ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｇｅｎｅｅｎｇｉｎｅｅｒ－ｉｎｇｍｅａｎｓｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｇｅｎｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆＳ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｉｎ－ｃｌｕｄｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｘｙｌｏｓｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄｘｙｌｏｓｅ－ｍｅｔａｂｏｌｉｃｐａｔｈｗａｙ，ａｎｄｉｎｈｉｂｉｔｏｒ－ｔｏｌｅｒａｎｃｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＳ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ．Ｔｈｅｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔｓｔｒａｉｎｓｓｈｏｗｅｄｂｅｔｔｅｒｘｙｌｏｓｅ－ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙｂｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅｎａｔｕｒａｌｓｔｒａｉｎｓ，ｂｕｔｔｈｅｙｃｏｕｌｄｎｏｔｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｕｓｔｈｅｒｅａｒｅｍｏｒｅｔａｓｋｓｔｈａｔｌｅｆｔｉｎｔｈｅｘｙｌｏｓｅ－ｍｅｔａｂｏｌｉｃｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｘｙｌｏｓｅ－ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔｓｔｒａｉｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓａｃｃｈｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ；ｘｙｌｏｓｅ；ｅｔｈａｎｏｌ；ｍｅｔａｂｏｌｉｚａｔｉｏｎ

酿酒酵母酒精代谢途径的研究

酿酒酵母酒精代谢途径的研究酿酒酵母是制作酒类产品的关键微生物之一。

酿酒酵母通过其代谢途径分解糖类，产生酒精和二氧化碳，在酒类产品的生产中起到至关重要的作用。

酵母在酿酒过程中发挥的作用尤其重要，然而，其代谢途径和其尤为重要的酒精发酵过程仍然存在许多未知数量的细节和要素。

酿酒酵母的代谢途径可以分为两类：有氧代谢途径和厌氧代谢途径。

酿酒酵母在有氧条件下会以普通的代谢方式进行生长和分裂，以生成更多的细胞。

其中主要包括三个步骤：糖的分解和磷酸化，半乳糖醛酸和三羧酸循环过程，以及电子传递链和氧化磷酸化过程。

厌氧代谢途径是以发酵的形式发生的，是在缺氧的情况下进行的。

厌氧代谢途径的重要性在于酿酒酵母的酒精发酵过程，即糖的分解生成酒精和二氧化碳的过程。

一般来说，酿酒酵母在分解糖类时，首先从外界获取氧气，但是在糖分解初期，酿酒酵母会转向通过厌氧代谢途径来维持其生存和生长。

这一过程包括糖的转化为丙酮酸和乳酸，并且继续分解为酒精和二氧化碳。

酒精发酵过程中，酵母细胞中酒精的分泌量受到许多因素的影响，如酵母细胞的数量和状态、发酵温度等。

研究表明，酵母菌株的遗传特点也会对其酒精发酵的速率和产量产生重要影响。

在酸性条件下，酿酒酵母的酒精发酵速率降低，其原因在于其代谢通路受到限制，例如细胞膜的透过性下降，导致需要更长的时间来分解糖类，同时酿酒酵母的三羧酸循环也可能受到糖分解产物的抑制影响，影响酿酒酵母的糖分解速率。

因此，除了糖分解速率和酿酒酵母的遗传特征之外，温度、pH值、乙酰辅酶A和NADH等电子受体还可以对酵母的乙醇代谢速率产生影响。

总之，醒酒酒精代谢途径的研究涉及许多细节和要素，包括糖分解过程、厌氧代谢途径和酒精发酵的速率和产量。

可以预见，未来酒类工业和科研领域都将更深入地研究这一领域，并通过对其探究的深入研究更好地满足人们的需求和兴趣。

能源问题与改造酿酒酵母代谢木糖产乙醇的研究

生物工业专题讲座结课论文题目：能源问题与改造酿酒酵母代谢木糖产乙醇的研究学号：xx姓名：xx能源问题与改造酿酒酵母代谢木糖产乙醇的研究摘要：随着经济的发展和能源价格的不断上涨以及温室效应的加剧，我们必须要寻找新的代替能源。

而且目前化石燃料的储量已经所剩无几了，现在利用木质纤维素生产燃料乙醇已经成为各国的研究热点。

木糖是多数木质纤维素水解产物中含量仅次于葡萄糖的一种单糖，传统乙醇生产菌株酿酒酵母不能利用木糖，这为使用以木质纤维素为原料发酵生产乙醇带来了困难。

多年以来人们试图通过基因工程和细胞融合等方法对其进行改造使其能够代谢木糖生产乙醇。

本文将对乙醇发酵做些论述。

关键词：酿酒酵母，乙醇，基因工程，能源当今世界，人类社会发展日益加速，人民生活水平日益提高，无论是在工业，农业，还是第三产业服务业，高新技术产业，都是处于人类历史上空前发展最快的一个阶段。

社会的发展促使了对能源（如煤，石油，天然气等）的大量的需求，从汽车内燃机到家用用电器，无不需要能源去运作。

没有能源，也就没有了动力，机动车辆将无法运行。

经济的现代化是以化石原料为基础的，如石油、天然气、煤炭等众所周知的传统能源。

然而，石油等这些化石燃料都是不可再生的。

据统计，石油资源将会在一代人的时间内用尽，石油的储藏量不是无限的，容易开采和利用的储量已经所剩无几了，而且目前剩余的可开采的储量难度越来越大，因此当这个难度达到一定程度，那么它将失去再开采的价值。

煤炭资源虽然比石油多，但是也不是取之不尽的。

代替石油的其他能源资源，除了煤炭之外，能够大规模利用的还很少。

太阳能虽然用之不竭，但代价太高，并且在一代人的时间里不可能迅速发展和广泛使用，其他新能源也如是。

据统计，这些化石能源将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭。

《BP世界能源统计2005》的数据表明，就目前的开采速度，全球石油储量可供应40多年，天然气可供应67年，煤炭则可以供应164年。

在面临能源危机和石油价格不断上涨的情况下，世界各国也加快脚步，寻找新能源，作为石油等化石燃料的替代品 [l]。

酵母发酵酒精的研究进展

酵母发酵酒精的研究进展（生命科学与技术学院微生物专业）前言人类利用酵母菌的历史已有几千年了。

值得提出来的是，早在我国宋代的酿酒著作中，中国人已经明确记载了从发酵旺盛的酿酒缸内液体表面撇取酵母菌（当然不是纯粹的酵母菌）的方法，并把它们称为“酵”，风干以后制成的“干酵”可以长期保存。

这种制造干酵母的原始方法说明，早在800年前，中国人已经意识到酒精发酵是由“酵”，即某种能生长的物质引起的。

这种推断直到19世纪巴斯德才证明是酵母菌。

明代末年出版的词书中记载有“以酒母起面曰发酵”，“发酵，浮起者是也”等解释。

这说明至少在那时，一引起细心观察自然现象和注意比较的学者，已经认识到发面和酿酒有某种相同的因素在起作用。

当时在欧洲虽然已经发现了酵母菌，但在200年后才知道酵母菌的作用。

今天我们把这类微生物称酵母菌，正是以此为根据的。

酵母菌能够把糖变成酒精，是因为它的细胞里有催化剂，这些存在于生物细胞的催化剂在科学上叫做酶。

虽然现在知道所有的生物都是靠酶催化的化学反应来生活的，但最早发现的酶，就是酵母菌的酶。

酵母菌中最早发现的酶，是把糖变成酒精的一群酶，当时自然数酒化酶。

由于这种酶的作用，使糖分解成酒精和二氧化碳，这就是利用酵母菌酿酒和发面包的原理。

使面团产生许多空隙的就是二氧化碳。

酵母细胞大小为2.5-10μm×4.5-21μm, 在加盖的玉米琼脂上不产生假菌丝或有不典型的假菌丝, 营养细胞可直接变为子囊, 每囊有1-4个圆形光面的子囊孢子, 在麦芽汁25℃培养3d, 细胞为圆形、卵形、椭圆形和香肠形。

其菌落在麦芽汁琼脂上为乳白色, 有光泽, 平坦, 边缘整齐。

菌体维生素、蛋白质含量高, 既可食用又可提取细胞色素C、核酸、麦角固醇、谷胱甘肽、凝血质、辅酶A、三磷酸腺苷等。

该菌种能发酵葡萄糖、麦芽糖、半乳糖及蔗糖, 但不能发酵乳糖和蜜二糖, 不同化硝酸盐。

酵母菌的繁殖方式既可进行无性繁殖，如芽殖，又可进行有性生殖；酵母菌既可进行有氧呼吸，又可进行无氧呼吸，是一种兼性厌氧呼吸的真核微生物。

木糖生产乙醇的基因工程菌研究进展

行，提高了乙醇产量。 !"$ )*+,+,-%& +,."/"& 1 1 ,+2"3"& 最早发现于非洲等热带地区的果酒
合。融合子能发酵木糖产生酒精，其厌氧环境下发酵木糖和木糖 0 葡萄糖混合液的能力明显优于亲株，耐乙醇能力也比 !"#$"% &’" ( "’"& 有所提高。 #$%&$’() ［!,］得到的毕赤酵母和酿酒酵母的融合子，耐乙醇 *+ 能力高于毕赤酵母，但发酵木糖产生乙醇的速率有所下降。也有人把酿酒酵母与管囊酵母融合起来，得到的融合子耐乙醇能力有所提高，但产乙醇能力没有提高
到木糖异构酶活性表达。同时表达 M ANB 和超表达 9 :N< 和 9BN< 的酿酒酵母工程菌可以在木糖为唯一碳源的平板上生长，摇瓶发酵实验表明，该菌株可以发酵木糖生产乙醇，产量为 < ’ * , - .。 < ’ " ’ * 原生质体融合技术构建酿酒酵母工程菌用原生质体融合技术使酿酒酵母发酵木糖产生
第一作者：硕士研究生。收稿时间：改回时间： $""% & ’" & $(， $""% & ’$ & ")
的基因工程菌。 ’ 基因工程菌近年来，国内外许多研究者都致力于构建能代谢五碳糖和六碳糖的高效产乙醇的基因重组菌。思路包括 $ 方面：一是将五碳糖代谢途径引入只能代谢六碳糖的高效产乙醇菌种中；二是将高效产乙醇关键酶引入能代谢混合糖但乙醇产量较低的菌种中。用于本领域研究的宿主菌株主要集中在 $%&’()*&’*+ &,-* 、 .+&&’+),/ 0&(% &()(1*%*+( 、 20 /,/,3+% /,4*-*% 和另外还有一些典型的重组菌株。 5*&’*+ %6* 7 *6*% 等， !"! !"#$%&’#$’( #)*’ $ . &,-* 是目前基因工程中研究最广泛和最深入

工业酿酒酵母木糖代谢途径的建立及酒精发酵初步研究

甘蔗糖业 2007 年第 3 期 Sugarcane and Canesugar 2007 年初步研究*
郭亭 1 梁达奉 1 鲍晓明 1, 2
（1 广州甘蔗糖业研究所广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广州 510316； 2 山东大学微生物技术国家重点实验室，济南 250100）
(B) AS2.1190 发酵产物分析
Concentration (g/l)
120
glucose
xylose
100
ethanol
80
xylitol
60
40
20
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Time (h)
(C) 工程菌株 GZ4-127 发酵产物分析
图 4 酒精发酵生长曲线和产物分析
2.4 讨论纤维质原料生产燃料乙醇的限制性因素是纤
-28-
郭亭等：工业酿酒酵母木糖代谢途径的建立及酒精发酵初步研究
维素水解的成本和有效的木糖发酵菌株。由于木质纤维素水解物本身的特性，对酒精发酵菌株要求很高，比如：高乙醇产率、利用木糖生产酒精、对糠醛等毒性物质有一定的抗性等。本工作构建的工程菌株 GZ4-127 能够利用木糖生产乙醇，但对木糖的利用过程中，乙醇的产率很低，远远不能满足要求。今后，还需将分子育种与传统育种相结合，针对 GZ4-127 展开驯化、诱变、细胞融合等研究工作，以期获得满足纤维质原料生产乙醇的商业化菌株。参考文献
摘要以酵母 AS2.1190 为出发菌株，把含有木糖还原酶基因(XYL1)、木糖醇脱氢酶基因(XYL2)，以及木酮糖激酶基因(XKS1)的质粒载体 pYMIKP-xy127 线性化后多拷贝整合进入其基因组，筛选得到基因工程菌株 GZ4-127，并对此工程菌株进行葡萄糖、木糖共发酵试验。结果显示 GZ4-127 比出发菌株的菌体密度提高 5％，木糖消耗提高 2 倍，酒精产率提高 12％，说明工程菌已能够有效地利用木糖生产乙醇。关键词酿酒酵母；木糖；燃料乙醇

酿酒酵母代谢途径的调控研究

酿酒酵母代谢途径的调控研究酿酒酵母是一种广泛应用于发酵产业中的微生物，其在制造啤酒、葡萄酒、白酒等传统酒类中发挥着重要作用。

酿酒酵母代谢途径的调控是影响其发酵能力和产物质量的关键因素之一。

在这篇文章中，我们将探讨目前酿酒酵母代谢途径调控研究的现状和未来展望。

1. 代谢途径概述酿酒酵母的代谢途径包括糖代谢、脂代谢、氮代谢和氧代谢等。

其中，糖代谢是酵母发酵主要的代谢途径，主要包括糖酵解和糖异生两个过程。

糖酵解是指将糖分解成小分子代谢产物，其中产生了ATP和NADH；而糖异生则是利用有机物质构建糖分子，需要消耗ATP。

脂代谢是酿酒酵母发酵运作过程中不可缺少的代谢途径之一。

脂质可以为酵母提供能量和原料，同时在细胞膜合成过程中也扮演着重要角色。

氮代谢则是指酵母利用氮源合成氨基酸等生物分子的代谢过程。

氧代谢途径则是指酿酒酵母运用氧气代谢产生的代谢途径，参与了细胞生长和发酵代谢过程。

2. 代谢途径的调控机制酿酒酵母的代谢途径需要受到多种因素的调控，这些因素包括温度、pH值、营养和细胞密度等。

同时，酿酒酵母本身也能够通过分泌调节物和信号通路等途径对代谢途径进行调控。

在糖代谢途径中，糖酵解和糖异生的比例直接关系到酵母发酵过程的成败。

糖酵解主要通过磷酸酶和肌酸激酶代谢通路来进行调控，其中磷酸酶可以将磷酸化的受体蛋白去磷酸化，从而导致酶的激活。

在氮代谢途径中，酿酒酵母通过分泌异源信号分子和内源基因调节元件来调控次级信号菌群，从而达到对代谢通路的调控。

同时，细胞内的内源性逆境反应及其下游信号转导通路在氮代谢过程中也发挥着重要作用。

3. 基因工程在代谢途径调控中的应用随着基因组学和代谢组学的不断发展，基因工程技术被广泛应用于酿酒酵母代谢途径的调控中。

在糖代谢途径中，基因工程技术可以用于构建高度活性的酶，从而加快糖酵解的速率。

在氮代谢途径中，基因工程技术可以用于构建响应异源信号分子的受体蛋白，从而优化酵母对氮源的利用效率。

酿酒酵母中生物合成途径的研究

酿酒酵母中生物合成途径的研究酿酒酵母是一种常见的微生物，人们在制造各种酒类时都需要利用酿酒酵母。

酿酒酵母中的生物合成途径研究，可以加深我们对这种微生物的了解，进一步改良酒类的生产工艺。

首先，我们了解一下生物合成途径是什么意思。

生物合成途径可以理解为细胞内的一系列化学反应，通过这些反应将一些原料转化成能够继续生产细胞生长所需的物质。

在酿酒酵母中，也存在多种生物合成途径，这些途径对于酿酒酵母的生长发育和酒类生产都有着至关重要的作用。

我们先看一下酿酒酵母的糖代谢途径。

糖代谢途径是酿酒酵母中最主要的生物合成途径之一，它将葡萄糖等碳水化合物转化成能够用于细胞生长的原料。

这个过程有两种途径：产生能量的途径和合成有机物的途径。

产生能量的途径中，酿酒酵母所需的能量主要是通过糖酵解作用来获得。

在这个途径中，葡萄糖分解成丙酮酸和乳酸，同时也产生了少量乙醇和二氧化碳。

乙醇和二氧化碳是酿酒过程中产生的两个重要物质，它们对于酒的味道、酒精度和口感都有直接的影响。

合成有机物的途径中，酿酒酵母通过糖原合成作用将葡萄糖转化成多糖，并储存在细胞内。

这些多糖可以被分解成简单糖，以供酵母细胞继续生长和繁殖所需的能量和原料。

除了糖代谢途径之外，脂类代谢途径在酿酒酵母中也占有重要的地位。

脂类代谢途径主要是将葡萄糖和其他有机物质转化为脂肪酸，然后将这些脂肪酸合成葡萄糖，并进行脂肪酸降解和氧化反应，进一步产生酸和能量。

这个过程对于酿酒酵母的生长和繁殖都非常重要。

最后，我们需要了解的是胺基酸代谢途径。

胺基酸代谢途径是指酿酒酵母通过异源途径或合成途径来产生和分解多种胺基酸，以获得细胞壁、核酸、蛋白质等DNA和RNA的组成。

这个过程中，酵母会通过选择性吞噬等方式来获取和消耗一些必需的胺基酸。

通过对胺基酸代谢途径的了解，可以更好地控制酵母的生长和繁殖，同时也可以更好地控制酒类的产量和质量。

总之，我们对酿酒酵母的生物合成途径进行了一些初步的了解。

然而，对于这个微生物体系的了解和研究还有很长的路要走。

酿酒酵母产生酒类物质的代谢研究

酿酒酵母产生酒类物质的代谢研究酿酒是人类在很早以前就开始的一项技术，酿酒酵母是酿造美酒的关键。

酿酒酵母能够将糖类转化为酒精、二氧化碳等物质，从而降低糖类含量，增加酒的风味。

因此，对酿酒酵母产生酒类物质的代谢研究具有重要意义。

一、酵母代谢底物多样性研究发现，不同的酵母菌株在不同的条件下可以利用不同的代谢底物来产生酒类物质。

例如，Saccharomyces cerevisiae菌株可以利用葡萄糖、葡萄糖酸、果糖等多种糖类底物；而Pichia stipitis菌株则能够利用木糖等非常规糖类。

二、酵母酒精代谢途径酒精代谢是酿酒酵母最重要的生理代谢途径之一。

从葡萄糖开始，经过一系列酶的作用，可以将葡萄糖转化为乙醛和酒精。

其中，乙醛可以通过NAD+脱氢酶的作用进一步转化为乙酸。

酒精合成的路线非常重要，因为它直接影响到醇的产量和糖的利用率。

三、酵母氨基酸代谢途径酵母利用氨基酸可以产生一些对酒类品质产生影响的物质，如芳香族化合物和硫醇类物质。

其中，氨基酸代谢的关键酶为转氨酶，它可以将氨基酸转化为酮酸和氨基酸组成的胺基酸体。

四、酵母酸代谢途径酵母通过对代谢产物进行酸化调节pH值，维持酿造过程的稳定，还可产生一些对酒类风味产生贡献的酸类物质，如苹果酸、乳酸等。

其中，苹果酸酶和乳酸脱羧酶等关键酶对酸代谢具有重要作用。

五、酵母酯代谢途径酵母产生的酯类物质对酒类的风味具有极大的影响，如乙酸乙酯可以为啤酒提供水果味。

酯的生成源于乙酸和醇的反应，其中酯化酶和脱酸酶是酯合成和分解的关键酶。

综上所述，酿酒酵母代谢和发酵产生酒类物质是一个复杂的过程，其中涉及到底物多样性、代谢途径的多样性等多个方面。

通过对代谢途径的深入了解，可以为酒酿造的调节提供更多的可能性，创造出更好的酒质。

纤维燃料乙醇生产中木糖发酵的研究进展

纤维燃料乙醇生产中木糖发酵的研究进展曹秀华;阮奇城;林海红;胡开辉;孙淑静;祁建民【摘要】木糖是木质纤维质水解产物中含量仅次于葡萄糖的单糖,由半纤维素水解生成.研究表明,将本质纤维素原料中的木糖发酵生成乙醇,可提高纤维燃料乙醇的转化效率25%左右.天然菌种在发酵过程中具有副产物多、乙醇得率低、易污染、耐乙醇能力差等缺点,难以工业化应用.近年来许多研究者构建了可以高效代谢五碳糖和六碳糖的基因重组菌.虽然这些重组菌株在木糖转化酒精方面均显示出良好的应用前景,但仍存在诸多问题.本文介绍了近年来代谢工程改造微生物菌种发酵木糖生产酒精的研究进展,以期为利用农作物秸秆转化燃料乙醇研究提供参考依据.【期刊名称】《中国麻业科学》【年(卷),期】2010(032)003【总页数】5页(P166-169,182)【关键词】纤维燃料乙醇;木糖;发酵;代谢工程【作者】曹秀华;阮奇城;林海红;胡开辉;孙淑静;祁建民【作者单位】福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002;福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002;福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002;福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002;福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002;福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室,福州,350002【正文语种】中文【中图分类】TQ92农作物秸秆是一种具有多用途的可再生生物资源，也是地球上最丰富的有机物质之一。

我国是一个农业大国，农作物秸秆数量大、种类多、分布广，长期以来则作为主要燃料或废弃、焚烧。

严重污染了大气环境，制约了农村经济可持续性发展。

能源危机已迫在眉睫，开发可再生能源已成为我国必须面对的重要课题。

以淀粉类和糖类为原料生产燃料乙醇，考虑到粮食安全，已被叫停。

以农作物纤维素类生产燃料乙醇，适应我国国情发展方向。