Alcohol Fermentation of Starch by a Genetic Recombinant Yeast Having Glucoamylase Activity
- 作者
- Yoshitoshi Nakamura, Fumihisa Kobayashi, Makoto Ohnaga, Tatsuro Sawada
- 单位
- Department of Chemistry and Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Kanazawa University, Kanazawa 920, Japan
- 杂志
- Biotechnology and Bioengineering（1997）
- DOI
- 10.1002/(SICI)1097-0290(19970105)53:1<21::AID-BIT4>3.0.CO;2-0
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
传统淀粉转化为乙醇需要两步糖化和发酵，混合培养体系乙醇产量低且淀粉被糖化菌消耗；外源质粒在长期培养中易丢失。
研究策略
将来源于粟酒裂殖酵母（Saccharomyces diastaticus）的葡糖淀粉酶基因STA1通过同源重组整合到酿酒酵母SH1089染色体上，构建组成型表达葡糖淀粉酶的重组酵母SR93，实现单菌直接发酵淀粉产乙醇，并采用批次及补料分批发酵考察生产性能。
研究路线图
创新点
将STA1基因整合到染色体上避免质粒丢失；构建单菌直接发酵淀粉的酵母，减少混合培养中糖化菌消耗淀粉；通过补料分批维持最佳淀粉浓度（30-50 g/L）提高乙醇产量。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae SR93 | 淀粉糖化与乙醇发酵 | STA1 | Glucoamylase（葡糖淀粉酶） | 催化 | 重组酵母，STA1整合至染色体，组成型分泌葡糖淀粉酶，水解淀粉为葡萄糖并发酵产生乙醇；50 g/L淀粉时乙醇14.3 g/L，乙醇得率0.48 |
| Aspergillus awamori | 淀粉糖化 | — | Amylase（淀粉酶） | 催化 | 混合培养对照中的糖化菌，可断裂α-1,6-糖苷键，但淀粉主要用于其生长导致乙醇产量较低 |
| Saccharomyces cerevisiae | 乙醇发酵 | — | — | 催化 | 混合培养对照中的发酵菌，利用葡萄糖产乙醇 |
关键发现
- 重组酵母SR93在50 g/L初始淀粉下最大乙醇浓度14.3 g/L，约为传统混合培养（A. awamori + S. cerevisiae）的1.5倍，约60%淀粉转化为乙醇，最高乙醇得率0.48
- 100 g/L淀粉时最大乙醇浓度24.9 g/L，乙醇产率0.66 g/L·h
- 补料分批培养（维持淀粉30-50 g/L）最终乙醇浓度28.2 g/L，比批次培养（24.9 g/L）提高约20%
- 葡糖淀粉酶活性在200 g/L初始淀粉时比10 g/L时高约2.5倍
- 乙醇浓度超过15 g/L对葡糖淀粉酶活性有抑制作用
- 200 h培养未观察到STA1基因丢失。
研究结论
通过染色体整合STA1基因构建的重组酵母可直接高效地将淀粉转化为乙醇，单菌发酵优于传统混合培养，补料分批培养可进一步提升乙醇产量，该重组酵母可用于预处理生淀粉的乙醇生产。