外源添加乙偶姻对酿酒酵母W5/W141产2,3-丁二醇的影响

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb20190500192

中国农学通报 ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (23): 19-25.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb20190500192

所属专题：生物技术

外源添加乙偶姻对酿酒酵母W5/W141产2,3-丁二醇的影响

杨智宇¹^,²(), 佟天奇¹^,², 刘磊¹^,², 平文祥¹^,², 葛菁萍¹^,²()

¹微生物黑龙江省高校重点实验室/黑龙江大学生命科学学院,哈尔滨 150080
²黑龙江大学农业微生物技术教育部工程研究中心,哈尔滨 150500

收稿日期:2019-05-24 修回日期:2019-07-25 出版日期:2020-08-15 发布日期:2020-08-13
通讯作者: 葛菁萍
作者简介:杨智宇,男,1994年出生,黑龙江齐齐哈尔人,硕士研究生,研究方向：生物学。通信地址：150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路74号,Tel：0451-86609016,E-mail： yangzhiyu0606@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金“从2,3-丁二醇代谢角度构建工程微生物群体及其生态学机制研究”(31570492);黑龙江省教育厅重点项目“利用肺炎克雷伯氏菌发酵生产2,3-丁二醇及机理探讨”(HDJCCX-2016Z05)

Effects of Acetoin Addition on 2,3-butanediol Production by Saccharomyces cerevisiae W5/W141

Yang Zhiyu¹^,²(), Tong Tianqi¹^,², Liu Lei¹^,², Ping Wenxiang¹^,², Ge Jingping¹^,²()

¹Key Laboratory of Microbiology of Heilongjiang Province, Life Science College, Heilongjiang University, Harbin 150080
²Agricultural Microorganisms Technology Education Engineering Research Center, Harbin 150500

Received:2019-05-24 Revised:2019-07-25 Online:2020-08-15 Published:2020-08-13
Contact: Ge Jingping

摘要/Abstract

摘要：

本研究旨在获得一株性能良好的2,3-丁二醇(2,3-BD)生产菌株。向酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) W5/W141两株产2,3-BD菌株中添加不同浓度乙偶姻,并测定2,3-BD、乙醇和甘油产量随发酵时间的变化情况。S. cerevisiae W5最适乙偶姻添加浓度为12 g/L,且2,3-BD的产量在72 h达到最大,产量为2.54±0.03 g/L,甘油和乙醇转化率分别较未添加时下降了17.6%和23.6%。S. cerevisiae W141最适乙偶姻添加浓度为10 g/L,且2,3-BD的产量在72 h达到最大,产量为1.71±0.02 g/L,甘油和乙醇转化率分别较未添加时下降了57.1%和16.7%。通过对比,本课题最终选用S. cerevisiae W5作为最适菌株,为微生物发酵法生产2,3-BD提供新的资源。

关键词: 2,3-丁二醇, 酿酒酵母, 乙偶姻, 乙醇, 甘油

Abstract:

To obtain a 2,3-butanediol (2,3-BD) producing strain with good performance, different concentrations of acetoin were added into two strains of Saccharomyces cerevisiae (W5/W141) producing 2,3-BD, and the changes of 2,3-BD, ethanol and glycerol production with fermentation time were determined. The optimum acetoin concentration of S. cerevisiae W5 was 12 g/L, and the concentration of 2,3-BD reached the maximum at 72 h, it was 2.54±0.03 g/L, and the conversion of glycerol and ethanol decreased by 17.6% and 23.6% respectively compared with that without addition. The optimum acetoin concentration of S. cerevisiae W 141 was 10 g/L, and the concentration of 2,3-BD reached the maximum at 72 h, it was 1.71±0.02 g/L, and the conversion of glycerol and ethanol decreased by 57.1% and 16.7% respectively. By comparison, S. cerevisiae W5 was selected as the optimum strain to provide new resources for the production of 2,3-BD by microbial fermentation.

Key words: 2,3-butanediol, Saccharomyces cerevisiae, acetoin, ethanol, glycerol

中图分类号:

Q935

杨智宇, 佟天奇, 刘磊, 平文祥, 葛菁萍. 外源添加乙偶姻对酿酒酵母W5/W141产2,3-丁二醇的影响[J]. 中国农学通报, 2020, 36(23): 19-25.

Yang Zhiyu, Tong Tianqi, Liu Lei, Ping Wenxiang, Ge Jingping. Effects of Acetoin Addition on 2,3-butanediol Production by Saccharomyces cerevisiae W5/W141[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(23): 19-25.

图/表 10

参考文献 22

[1]	Ji X J, Huang H, Ouyang P K. Microbial 2,3-butanediol production: a state-of-the- art review[J]. Biotechnology Advances, 2011,29(3):351-364. doi: 10.1016/j.biotechadv.2011.01.007 URL pmid: 21272631
[2]	Guo X W, Wang Y Z, Guo J, et al. Efficient production of 2,3-butanediol from cheese whey powder (CWP) solution by Klebsiella pneumoniae through integrating pulsed fed-batch fermentation with a two-stage pH control strategy[J]. Fuel, 2017,203:469-477. doi: 10.1016/j.fuel.2017.04.138 URL
[3]	王爽. 2,3-丁二醇脱水制备甲乙酮的催化剂及工艺研究[D]. 辽宁:大连理工大学, 2014.
[4]	戴建英, 孙亚琴, 孙丽慧, 等. 生物基化学品2,3-丁二醇的研究进展[J]. 化学工程学报, 2010,10(1):200-208.
[5]	Hao W B, Jia F L, Wang J Y, et al. Metabolic engineering of Bacillus sp. for diacetyl production[J]. Process Biochemistry, 2017,58:69-77. doi: 10.1016/j.procbio.2017.04.015 URL
[6]	刘佳娴, 朱家文, 吴艳阳, 等. 2,3-丁二醇分离纯化中反应精馏的实验和模拟[J]. 化学反应工程与工艺, 2012(2):104-110.
[7]	葛岚, 邵晓丛, 吴晓敏, 等. 工业化制备2,3-丁二醇的新途径[J]. 科技创新导报, 2009(33):6-106.
[8]	李亿, 李检秀, 刘海余, 等. 多粘类芽孢杆菌同步糖化发酵玉米粉生产(R,R) -2,3-丁二醇[J]. 广西科学, 2016,23(1):43-46.
[9]	Guo X W, Wang Y Z, Guo J, et al. Efficient production of 2,3-butanediol from cheese whey powder (CWP) solution by Klebsiella pneumoniae through integrating pulsed fed-batch fermentation with a two-stage pH control strategy[J]. Bioresource Technology, 2017,245:1386-1392. doi: 10.1016/j.biortech.2017.05.111 URL pmid: 28601394
[10]	Guo X W, Zhang Y H, Cao C H, et al. Enhanced production of 2,3-butanediol by overexpressing acetolactate synthase and acetoin reductase in Klebsiella pneumoniae[J]. Biotechnology and Applied Biochemistry, 2014,61(6):707-715. doi: 10.1002/bab.1217 URL
[11]	Ma K, He M, You H, et al. Improvement of (R,R)-2,3-butanediol production from corn stover hydrolysate by cell recycling continuous fermentation[J]. Chemical Engineering Journal, 2018,15(1):361-369.
[12]	张刚, 杨光, 李春, 等. 生物法生产2,3-丁二醇研究进展[J]. 中国生物工程杂志, 2008,28(6):133-140.
[13]	王青艳, 谢能中, 黎贞崇, 等. 微生物法合成(R,R)-2,3-丁二醇的研究进展与展望[J]. 基因组学与应用生物学, 2014 , 33(6):1367-1373.
[14]	纪晓俊, 朱建国, 高振, 等. 微生物发酵法生产2,3-丁二醇的研究进展[J]. 现代化工, 2006,26(8):23-27.
[15]	Park J H, Choi M A, Kim Y J, et al. Engineering of Klebsiella oxytoca for production of 2,3-butanediol via simultaneous utilization of sugars from a Golenkinia sp. hydrolysate[J]. Fuel, 2017,203:469-477. doi: 10.1016/j.fuel.2017.04.138 URL
[16]	Kim D K, Rathnasingh C, Song H, et al. Metabolic engineering of a novel Klebsiella oxytoca strain for enhanced 2,3-butanediol production[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2013,116(2):186-192. doi: 10.1016/j.jbiosc.2013.02.021 URL
[17]	Kim S J, Seo S O, Jin Y S, et al. Production of 2, 3-butanediol by engineered Saccharomyces cerevisiae[J]. Bioresource Technology, 2013,146:274-281. doi: 10.1016/j.biortech.2013.07.081 URL
[18]	宋洋波, 马捷, 李丽, 等. 后基因组时代的酿酒酵母研究策略[J]. 中国农业科学, 2012,45(23):4873-4882. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.23.014 URL
[19]	闫道江, 王彩霞, 周杰民, 等. 酿酒酵母产苹果酸的还原TCA路径构建及发酵调控[J]. Chinese Journal of Biotechnology, 2013,29(10):1484-1493.
[20]	刘德安, 王长丽, 丁昊, 等. 代谢工程改造酿酒酵母生产2,3-丁二醇的研究进展[J]. 中国酿造, 2018,37(09):12-17.
[21]	黄守锋, 裴芳艺, 王长丽, 等. 利用酿酒酵母工程菌株生产2,3-丁二醇的研究进展[J].食品安全质量检测学报, 2015(10):3928-3934.
[22]	佟天奇, 裴芳艺, 王长丽, 等. 酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)WBG3菌株发酵特性研究[J]. 中国农学通报, 2017,34(32).

产物浓度	菌株		比值
产物浓度	S. cerevisiae W5	S. cerevisiae W5-12 g/L	比值
甘油/(g/L)	3.00±0.04 a(60 h)	2.73±0.03 a(48 h)	下降26.7%
乙醇/(g/L)	54.78±0.07 b(60 h)	44.05±1.09 a(36 h)	下降24.4%
2,3-BD/(g/L)	—	2.54±0.02(72 h)	—
甘油转化率/(g/g)	0.04±0.02 a(60 h)	0.034±0.002 b(48 h)	下降17.6%
乙醇转化率/(g/g)	0.68±0.03 b(60 h)	0.55±0.01 a(36 h)	下降23.6%
2,3-BD转化率/(g/g)	—	0.032±0.001(72 h)	—
甘油生产强度/[g/[L·h)]	0.20±0.03 a(12 h)	0.11±0.02 b(12 h)	下降81.8%
乙醇生产强度/[g/[L·h)]	2.67±0.06 b(12 h)	3.27±0.03 a(12 h)	提高22.5%
2,3-BD生产强度/[g/[L·h)]	—	0.035±0.001(72 h)	—
单个细胞甘油生产强度	0.40±0.03 a(24 h)	0.60±0.03 b(24 h)	提高50.0%
单个细胞乙醇生产强度	5.23±0.07 b(48 h)	5.34±0.09 a(24 h)	提高2.13%
单个细胞2,3-BD生产强度	—	0.356±0.002(72 h)	—

产物浓度	菌株		比值
产物浓度	S. cerevisiae W5	S. cerevisiae W5-12 g/L	比值
甘油/(g/L)	3.00±0.04 a(60 h)	2.73±0.03 a(48 h)	下降26.7%
乙醇/(g/L)	54.78±0.07 b(60 h)	44.05±1.09 a(36 h)	下降24.4%
2,3-BD/(g/L)	—	2.54±0.02(72 h)	—
甘油转化率/(g/g)	0.04±0.02 a(60 h)	0.034±0.002 b(48 h)	下降17.6%
乙醇转化率/(g/g)	0.68±0.03 b(60 h)	0.55±0.01 a(36 h)	下降23.6%
2,3-BD转化率/(g/g)	—	0.032±0.001(72 h)	—
甘油生产强度/[g/[L·h)]	0.20±0.03 a(12 h)	0.11±0.02 b(12 h)	下降81.8%
乙醇生产强度/[g/[L·h)]	2.67±0.06 b(12 h)	3.27±0.03 a(12 h)	提高22.5%
2,3-BD生产强度/[g/[L·h)]	—	0.035±0.001(72 h)	—
单个细胞甘油生产强度	0.40±0.03 a(24 h)	0.60±0.03 b(24 h)	提高50.0%
单个细胞乙醇生产强度	5.23±0.07 b(48 h)	5.34±0.09 a(24 h)	提高2.13%
单个细胞2,3-BD生产强度	—	0.356±0.002(72 h)	—

产物浓度	菌株		比值
产物浓度	S. cerevisiae W141	S. cerevisiae W141-10 g/L	比值
甘油/(g/L)	3.36±0.04 a(60 h)	2.09±0.04 b(26 h)	下降59.0%
乙醇/(g/L)	54.90±0.98 a(60 h)	45.13±0.11 b(60 h)	下降15.6%
2,3-BD/(g/L)	—	1.71±0.04(72 h)	—
甘油转化率/(g/g)	0.04±0.01 a(60 h)	0.03±0.01 b(36 h)	下降57.1%
乙醇转化率/(g/g)	0.69±0.03 a(60 h)	0.56±0.02 b(60 h)	下降16.7%
2,3-BD转化率/(g/g)	—	0.02±0.001(72 h)	—
甘油生产强度/[g/[L·h)]	0.12±0.01 a(24 h)	0.12±0.01 b(12 h)	下降58.3%
乙醇生产强度/[g/[L·h)]	2.92±0.08 a(12 h)	2.58±0.04 b(12 h)	下降15.7%
2,3-BD生产强度/[g/[L·h)]	—	0.024±0.001(72 h)	—
单个细胞甘油生产强度	0.67±0.01 a(48 h)	0.72±0.02 b(12 h)	提高7.4%
单个细胞乙醇生产强度	7.93±0.12 a(24 h)	7.98±0.09 b(24 h)	提高0.6%
单个细胞2,3-BD生产强度	—	0.297±0.004(72 h)	—

产物浓度	菌株		比值
产物浓度	S. cerevisiae W141	S. cerevisiae W141-10 g/L	比值
甘油/(g/L)	3.36±0.04 a(60 h)	2.09±0.04 b(26 h)	下降59.0%
乙醇/(g/L)	54.90±0.98 a(60 h)	45.13±0.11 b(60 h)	下降15.6%
2,3-BD/(g/L)	—	1.71±0.04(72 h)	—
甘油转化率/(g/g)	0.04±0.01 a(60 h)	0.03±0.01 b(36 h)	下降57.1%
乙醇转化率/(g/g)	0.69±0.03 a(60 h)	0.56±0.02 b(60 h)	下降16.7%
2,3-BD转化率/(g/g)	—	0.02±0.001(72 h)	—
甘油生产强度/[g/[L·h)]	0.12±0.01 a(24 h)	0.12±0.01 b(12 h)	下降58.3%
乙醇生产强度/[g/[L·h)]	2.92±0.08 a(12 h)	2.58±0.04 b(12 h)	下降15.7%
2,3-BD生产强度/[g/[L·h)]	—	0.024±0.001(72 h)	—
单个细胞甘油生产强度	0.67±0.01 a(48 h)	0.72±0.02 b(12 h)	提高7.4%
单个细胞乙醇生产强度	7.93±0.12 a(24 h)	7.98±0.09 b(24 h)	提高0.6%
单个细胞2,3-BD生产强度	—	0.297±0.004(72 h)	—

产物浓度	菌株		比值
产物浓度	S. cerevisiae W5-12 g/L	S. cerevisiae W141-10 g/L	比值
甘油/(g/L)	2.73±0.03 a(48 h)	2.09±0.04 b(26 h)	下降30.6%
乙醇/(g/L)	44.05±1.09 a(36 h)	45.13±0.11 b(60 h)	提高2.5%
2,3-BD/(g/L)	2.54±0.02(72 h)	1.71±0.04(72 h)	下降48.5%
甘油转化率/(g/g)	0.034±0.002 b(48 h)	0.03±0.01 b(36 h)	下降13.3%
乙醇转化率/(g/g)	0.55±0.01 a(36 h)	0.56±0.02 b(60 h)	提高18.1%
2,3-BD转化率/(g/g)	0.032±0.001(72 h)	0.02±0.001(72 h)	下降60.0%
甘油生产强度/(g/L·h)	0.11±0.02 b(12 h)	0.12±0.01 b(12 h)	提高9.1%
乙醇生产强度/(g/L·h)	3.27±0.03 a(12 h)	2.58±0.04 b(12 h)	下降26.7%
2,3-BD生产强度/(g/L·h)	0.035±0.001(72 h)	0.024±0.001(72 h)	下降45.8%
单个细胞甘油生产强度	0.60±0.03 b(24 h)	0.72±0.02 b(12 h)	提高20.0%
单个细胞乙醇生产强度	5.34±0.09 a(24 h)	7.98±0.09 b(24 h)	提高49.4%
单个细胞2,3-BD生产强度	0.356±0.002(72 h)	0.297±0.004(72 h)	下降19.8%

外源添加乙偶姻对酿酒酵母W5/W141产2,3-丁二醇的影响

Effects of Acetoin Addition on 2,3-butanediol Production by Saccharomyces cerevisiae W5/W141

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[1]	秦志华, 蔡晴霞, 王建琳, 王述柏, 谭子超, 张林林, 郭沛, 单虎. 乙醇加热回流法提取构树叶总黄酮工艺优化研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(17): 110-114.
[2]	王长丽, 廖巍, 叶广彬, 葛菁萍, 刘磊, 马毓坚, 黄霞, 宾晓芸. 编码酿酒酵母丙酮酸脱羧酶(Pdc6)基因克隆及其生物信息学分析[J]. 中国农学通报, 2021, 37(9): 103-108.
[3]	张弛, 吕雨泽, 邓利廷, 孙健, 葛菁萍. 外源添加乙偶姻对酿酒酵母产2,3-丁二醇及其菌株的影响[J]. 中国农学通报, 2021, 37(2): 20-27.
[4]	肖秦箭, 张晓虎, 高梦蝶, 张峻伟. 商洛南五味子醇乙提取纯化及复合防腐保鲜剂研究[J]. 中国农学通报, 2021, 37(12): 126-135.
[5]	朱琳, 白朕卿, 王延峰, 吴佳文. 非生物胁迫对能源作物糖分产量影响的研究进展[J]. 中国农学通报, 2021, 37(10): 6-11.
[6]	张晓虎, 李倩, 魏夏夏, 刘庚玫, 何勇. 连翘果实多酚提取及其复合涂膜保鲜剂在葡萄保鲜中的应用[J]. 中国农学通报, 2020, 36(4): 135-141.
[7]	刘磊, 李娜, 姜雪雍, 孙健, 吕雨泽, 葛菁萍. CRISPR/Cas9技术敲除酿酒酵母gpd2基因对产2,3-丁二醇的影响[J]. 中国农学通报, 2020, 36(29): 69-77.
[8]	丁昊, 刘文娟, 孙健, 刘磊, 平文祥, 葛菁萍. 高产2,3-丁二醇的潜在酿酒酵母菌株筛选[J]. 中国农学通报, 2020, 36(24): 107-115.
[9]	康杰, 王长丽, 葛菁萍. 单倍体酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因(pdc1)的敲除与鉴定[J]. 中国农学通报, 2020, 36(24): 91-98.
[10]	杨智宇, 佟天奇, 刘磊, 平文祥, 葛菁萍. 外源添加乙酸对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)产2,3-丁二醇影响初探[J]. 中国农学通报, 2020, 36(21): 104-112.
[11]	郑文涌, 杨涛, 李双全, 吕常旭, 石敏, 马立保, 晏向华. 新型酿酒酵母培养物对育肥猪生产性能、肌肉品质和肠道微生物的影响[J]. 中国农学通报, 2020, 36(21): 145-154.
[12]	张晓虎,李智文,殷佳琦,高佳. 商洛黄芩汉黄芩素提取及复合保鲜液应用研究[J]. 中国农学通报, 2019, 35(22): 147-155.
[13]	任学祥,王士梅,苏贤岩,白一松,杨联松,张爱芳,叶正和,陈超. 甲维盐与杀螺胺乙醇胺盐对钉螺的联合毒力及田间效果测定[J]. 中国农学通报, 2019, 35(20): 118-120.
[14]	周晓婴. 甘蓝型油菜G3PDH和PK基因对氮肥的响应[J]. 中国农学通报, 2019, 35(18): 110-114.
[15]	佟天奇,裴芳艺,王长丽,孙健,葛菁萍. 酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)WBG3菌株发酵特性研究[J]. 中国农学通报, 2018, 34(32): 49-56.