Improved Ethanol and Reduced Xylitol Production from Glucose and Xylose Mixtures by the Mutant Strain of Candida shehatae ATCC 22984

作者: Yuan Li, Jeung-yil Park, Riki Shiroma, Masakazu Ike, Ken Tokuyasu
DOI: 10.1007/s12010-012-9586-y
所属领域: 发酵工程
关键词: Candida shehataeMutationRice strawSSFXylose
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解决的核心问题

提高Candida shehatae利用葡萄糖和木糖混合物生产乙醇的效率，并减少木糖醇副产物的积累。

研究策略

采用UV诱变并结合antimycin A和TTC筛选策略，获得高产乙醇、低木糖醇的突变株Cs3512，并在合成培养基和CaCCO预处理稻草的同步糖化发酵（SSF）中评价其发酵性能。

研究路线图

100%

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核心内容

本研究以Candida shehatae ATCC 22984为出发菌株，通过紫外诱变结合antimycin A和TTC双重筛选策略，获得一株非重组突变株Cs3512，旨在提高葡萄糖与木糖混合发酵中的乙醇产量并抑制木糖醇等副产物积累。在纯木糖发酵中，Cs3512以121.3 g/L木糖发酵48小时产乙醇44.4 g/L，较亲株提高13%，木糖醇产量由16.3 g/L降至10.2 g/L；在含52.9 g/L葡萄糖和21.2 g/L木糖的混合底物中，乙醇产量从28.7 g/L增至31.0 g/L，得率由0.39 g/g提升至0.43 g/g，木糖醇和甘油分别减少37%和42%。该突变株在纯葡萄糖发酵中产量与亲株相当，但乙醇得率从0.38 g/g提高至0.40 g/g，甘油减少59%。进一步将Cs3512应用于CaCCO预处理稻草的同步糖化发酵，乙醇产量达21.3 g/L，基于释放糖的转化效率为理论产率的96%。结果表明，Cs3512通过降低副产物分流有效提高了混合糖发酵的乙醇转化效率，可作为木质纤维素乙醇生产的优良非重组候选菌株。

创新点

['建立基于antimycin A和TTC的突变体筛选方法，获得非重组突变株Cs3512', '突变株在葡萄糖/木糖混合发酵中显著降低木糖醇和甘油副产物，提高乙醇产量', '首次将Cs3512应用于CaCCO预处理稻草的SSF，获得较高乙醇转化效率']

研究对象（4）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Candida shehatae ATCC 22984	木糖代谢与乙醇发酵	—	细胞色素c还原酶	能量供给	antimycin A的靶点，筛选突变株的依据之一
Candida shehatae ATCC 22984	木糖代谢与乙醇发酵	—	线粒体脱氢酶	催化	还原TTC生成甲臜，用于突变株筛选
Candida shehatae Cs3512	木糖代谢与乙醇发酵	—	—	调控	突变株，改善NADH回收，降低木糖醇积累
—	纤维素/半纤维素水解	—	Celluclast 1.5 L, Novozyme 188, Ultraflo L	催化	SSF中使用的商用酶制剂

关键发现

Cs3512以121.3 g/L木糖发酵48 h产乙醇44.4 g/L，比亲株ATCC 22984提高13%，木糖醇产量从16.3 g/L降至10.2 g/L（降低38%）；在含52.9 g/L葡萄糖和21.2 g/L木糖的混合物中，乙醇产量从28.7 g/L增至31.0 g/L（提高8%），乙醇得率由0.39 g/g提高至0.43 g/g（摘要中为0.42 g/g），木糖醇减少37%（从2.86 g/L降至1.81 g/L），甘油减少42%（从2.16 g/L降至1.26 g/L）；在含81.8 g/L葡萄糖和19.5 g/L木糖的培养基中，乙醇产量提高7%至41.1 g/L（亲株38.5 g/L），木糖醇减少44%（2.03 g/L vs
59 g/L），甘油减少48%（1.72 g/L vs
28 g/L）；纯葡萄糖发酵时，Cs3512乙醇产量与亲株相近（46.3 vs
4 g/L），但乙醇得率从0.38 g/g提高到0.40 g/g，甘油减少59%；在CaCCO预处理稻草的SSF中，乙醇产量达21.3 g/L，总体乙醇转化效率为理论产率的77%，基于释放糖计算为96%。

研究结论

突变株Cs3512能够显著提高葡萄糖/木糖混合物发酵中的乙醇产量，同时降低木糖醇和甘油副产物，并在预处理稻草SSF中表现良好，是非重组酵母用于木质纤维素乙醇生产的优良候选菌株。