A recombinant Saccharomyces cerevisiae strain for efficient conversion of lactose in salted and unsalted cheese whey into ethanol
- 作者
- M. K. Tahoun, T. M. El-Nemr, O. H. Shata
- 杂志
- Food / Nahrung（2002）
- DOI
- 10.1002/1521-3803(20020901)46:5<321::AID-FOOD321>3.0.CO;2-V
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
奶酪乳清中乳糖利用率低，尤其是含盐乳清（可达6% NaCl）中缺乏能同时发酵乳糖和耐盐的酵母菌株，导致乳清废弃物造成环境污染。
研究策略
采用种间原生质体融合技术，将耐盐但无法发酵乳糖的酿酒酵母ATCC4126与能发酵乳糖的乳酸克鲁维酵母CBS683融合，筛选出既可利用乳糖又耐盐的重组菌株，用于甜乳清和盐渍乳清的乙醇发酵。
研究路线图
核心内容
针对奶酪乳清中乳糖利用效率低、含盐乳清缺乏同时具备乳糖发酵与耐盐能力菌株的问题，该研究采用种间原生质体融合技术，将耐盐但不发酵乳糖的酿酒酵母ATCC4126与可发酵乳糖的乳酸克鲁维酵母CBS683进行融合，筛选获得兼具乳糖利用和耐盐特性的重组菌株。实验共获得57个融合子，其中18个DNA含量高于亲本，如SK-35的DNA含量为乳酸克鲁维酵母的1.87倍；融合子SK-35的β-半乳糖苷酶活性达到789.4 U/10⁶原生质体，接近亲本乳酸克鲁维酵母（763.0）而远超酿酒酵母（30.48）。在含10%乳糖的合成培养基中，SK-35乙醇产量达8.06%（v/v），显著高于亲本乳酸克鲁维酵母的4.56%；在甜乳清中SK-35产乙醇5.55%，在含6% NaCl的盐渍乳清中SK-1产乙醇4.66%，均优于亲本对照。结果表明，原生质体融合成功将乳糖发酵能力引入耐盐酿酒酵母，获得的高效菌株为乳清废弃物的资源化利用提供了可行方案。
创新点
通过原生质体融合实现跨属遗传重组，使酿酒酵母获得乳糖发酵能力（β-半乳糖苷酶和乳糖透性酶）并保持亲本耐盐性；重组菌株在含6% NaCl的乳清中乙醇产量显著高于亲本K. lactis。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae ATCC4126 | 乙醇发酵 | — | — | 能量供给 | 耐盐亲本，不能发酵乳糖 |
| Kluyveromyces lactis CBS683 | 乳糖代谢 | — | β-半乳糖苷酶 | 催化 | 水解乳糖为葡萄糖和半乳糖 |
| Kluyveromyces lactis CBS683 | 乳糖代谢 | — | 乳糖透性酶 | 转运 | 将乳糖转运进入细胞 |
| 重组融合菌株SK-1、SK-35等 | 乳糖-乙醇发酵 | — | — | 能量供给 | 获得乳糖发酵和耐盐能力，乙醇产量显著提高 |
关键发现
- 获得57个融合子，其中18个DNA含量高于亲本；SK-35的DNA含量为亲本K. lactis的1.87倍，SK-53为亲本S. cerevisiae的2.23倍；SK-1核直径0.00140 mm，显著高于亲本（K. lactis
- 00068，S. cerevisiae
- 00079）；β-半乳糖苷酶活性最高为SK-35的789.4 U/10^6原生质体，亲本K. lactis为763.0，S. cerevisiae为30.48；在含10%乳糖的合成培养基中，SK-35乙醇产量8.06%（v/v），SK-26
- 42%，SK-48
- 97%，亲本K. lactis为4.56%；在甜乳清中，SK-35乙醇产量5.55%，K. lactis为4.15%；在含6% NaCl乳清中，SK-1乙醇产量4.66%，K. lactis为3.55%；在含8% NaCl时，SK-49为3.46%，K. lactis为2.86%。
研究结论
通过原生质体融合成功构建了能高效发酵乳糖且耐盐的重组酿酒酵母菌株，其中SK-1在含6% NaCl的盐渍乳清中乙醇产量达4.66%，显著高于亲本K. lactis，为乳清资源化利用提供了有效菌株。