一种提高糖化发酵生产乙醇效率的方法及其应用

本发明涉及乙醇制备，具体地，涉及一种提高糖化发酵生产乙醇效率的方法及其应用。

背景技术：

1、生物乙醇因其具有可持续性、可再生性和环境友好性等优点而被推为化石燃料的替代品。将玉米、甘蔗以及木薯等作为生物乙醇原材料成本高、且与食品供应直接竞争。因此，木质纤维素材料更适合作为生物乙醇生产的原料。

2、木质纤维生物质转化为乙醇主要包括预处理、糖化和发酵三个步骤。预处理是使作为物理屏障的木质素成分被去除或结构改变，是后期微生物糖化和发酵的必要条件。预处理过程易形成副产品，如糠醛、5-氢甲基糠醛(hmf)、醋酸盐、甲酸盐、香兰素、酚类化合物等；而糠醛浓度的上升会导致糖化发酵过程中酿酒酵母菌的活性受到明显的抑制，进而降低糖化发酵生产乙醇的效率；并且，糠醛不仅能够抑制酵母菌的生长，且糠醛与其他抑制剂之间存在着协同作用，从而对于酿酒酵母菌的生长造成更加严重的影响。

3、因此，目前急需一种能够提高酿酒酵母菌的生长活性的方法，以提高其进行糖化发酵生产乙醇的效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，提供一种提高糖化发酵生产乙醇效率的方法及其应用。

2、本发明的第一目的是提供一种提高糖化发酵生产乙醇效率的方法。

3、本发明的第二目的是提供上述方法在提高酵母菌抗逆性能中的应用。

4、本发明的第三目的是提供一种重组酵母菌在糖化发酵生产乙醇中的应用。

5、本发明的第四目的是提供一种重组质粒在糖化发酵生产乙醇中的应用。

6、本发明的第五目的是提供mdr1基因、mdr1基因的增效剂、mdr1蛋白或mdr1蛋白的增效剂中的一种或几种在提高糖化发酵生产乙醇的效率和/或提高酵母菌抗逆性能中的应用。

7、为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

8、一种提高糖化发酵生产乙醇效率的方法，所述方法为利用过表达氨基酸序列如seq id no：3所示的mdr1蛋白的酵母菌进行糖化发酵生产乙醇。

9、具体地，木质纤维生物质进行糖化发酵生产乙醇的过程中，易形成包括糠醛在内的众多副产品，而糠醛浓度的上升会显著抑制酵母菌的生长，进而使糖化发酵的效率降低；发明人意外的发现过表达酵母菌中氨基酸序列如seq id no：3所示的mdr1蛋白和/或核苷酸序列如seq id no：1所示的mdr1基因能够显著提升其抗糠醛抑制的能力，从而提高糖化发酵生产乙醇的效率。

10、优选地，所述过表达氨基酸序列如seq id no：3所示的mdr1蛋白的酵母菌具体为：导入有重组质粒的酵母菌；

11、所述重组质粒为重组有mdr1基因的过表达载体，所述mdr1基因的核苷酸序列如seq id no：1所示。

12、更优选地，所述重组质粒中mdr1基因的启动子的核苷酸序列如seq id no：2所示。

13、更优选地，所述过表达载体为带有氨基酸标签和氨苄抗性基因的过表达载体。

14、进一步优选地，所示过表达载体为prs424质粒。

15、更优选地，重组质粒导入酵母菌的具体方法为：使用醋酸锂法将重组质粒导入酵母菌。

16、进一步优选地，所述酵母菌为酿酒酵母菌。

17、本发明还请求保护上述任一所述的方法在提高酵母菌抗逆性能中的应用；所述抗逆性能为抗糠醛抑制和/或抗对羟基苯甲酸抑制的性能。

18、一种重组酵母菌在糖化发酵生产乙醇中的应用，所述重组酵母菌为为过表达氨基酸序列如seq id no：3所示的mdr1蛋白的酵母菌。

19、优选地，具体为：提高糖化发酵生产乙醇的效率。

20、一种重组质粒在糖化发酵生产乙醇中的应用，所述重组质粒为重组有mdr1基因的过表达载体，所述mdr1基因的核苷酸序列如seq id no：1所示。

21、本发明还请求保护mdr1基因、mdr1基因的增效剂、mdr1蛋白或mdr1蛋白的增效剂中的一种或几种在提高糖化发酵生产乙醇的效率和/或提高酵母菌抗逆性能中的应用，所述抗逆性能为抗糠醛抑制和/或抗对羟基苯甲酸抑制的性能，所述mdr1基因的核苷酸序列如seq id no：1，所述mdr1蛋白的氨基酸序列如seq id no：3所示。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、本发明提供了一种提高糖化发酵生产乙醇效率的方法，所述方法为利用过表达氨基酸序列如seq id no：3所示的mdr1蛋白的酵母菌进行糖化发酵生产乙醇。利用本发明所述方法过表达酵母菌的mdr1蛋白后，能够降低利用酵母菌糖化发酵生产乙醇过程中产生的副产品糠醛等对于酵母菌生长的抑制，提高酵母菌的生长活性，进而提高糖化发酵生产乙醇的效率；并且本发明所述方法能够显著酵母菌提高在糠醛环境下生产乙醇的效率，相较于对照组的乙醇产率提高了近10倍。

技术特征：

1.一种提高糖化发酵生产乙醇效率的方法，其特征在于，所述方法为利用过表达氨基酸序列如seq id no：3所示的mdr1蛋白的酵母菌进行糖化发酵生产乙醇。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过表达氨基酸序列如seq id no：3所示的mdr1蛋白的酵母菌具体为：导入有重组质粒的酵母菌；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述重组质粒中mdr1基因的启动子的核苷酸序列如seq id no：2所示。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，重组质粒导入酵母菌的具体方法为：使用醋酸锂法将重组质粒导入酵母菌。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述酵母菌为酿酒酵母菌。

6.权利要求1～5任一所述方法在提高酵母菌抗逆性能中的应用，所述抗逆性能为抗糠醛抑制和/或抗对羟基苯甲酸抑制的性能。

7.一种重组酵母菌在糖化发酵生产乙醇中的应用，其特征在于，所述重组酵母菌为过表达氨基酸序列如seq id no：3所示的mdr1蛋白的酵母菌。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，具体为：提高糖化发酵生产乙醇的效率。

9.一种重组质粒在糖化发酵生产乙醇中的应用，其特征在于，所述重组质粒为重组有mdr1基因的过表达载体，所述mdr1基因的核苷酸序列如seq id no：1所示。

10.mdr1基因、mdr1基因的增效剂、mdr1蛋白或mdr1蛋白的增效剂中的一种或几种在提高糖化发酵生产乙醇的效率和/或提高酵母菌抗逆性能中的应用，所述抗逆性能为抗糠醛抑制和/或抗对羟基苯甲酸抑制的性能，所述mdr1基因的核苷酸序列如seq id no：1，所述mdr1蛋白的氨基酸序列如seq id no：3所示。

技术总结
本发明公开了一种提高糖化发酵生产乙醇效率的方法，所述方法为利用过表达氨基酸序列如SEQ ID NO：3所示的MDR1蛋白的酵母菌进行糖化发酵生产乙醇。利用本发明所述方法过表达酵母菌的MDR1蛋白后，能够降低利用酵母菌糖化发酵生产乙醇过程中产生的副产品糠醛等对于酵母菌生长的抑制，提高酵母菌的生长活性，进而提高糖化发酵生产乙醇的效率；并且本发明所述方法能够显著酵母菌提高在糠醛环境下生产乙醇的效率，相较于对照组的乙醇产率提高了近10倍。

技术研发人员：谢君,樊美杉,张红丹
受保护的技术使用者：华南农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15