新型产油酵母菌让生物燃料物美价廉

■核心提示

相对于开发其他新能源资源，将已有资源更有效地利用也不失为解决能源危机的好办法。近日，中科院大连化学物理研究所生物质高效转化研究组就成功地筛选出一种生长旺盛、性能稳定的产油酵母菌。它对转化木质纤维素类生物质为能源产品具有特别重要的意义。这种酵母菌究竟有何与众不同之处？它对发展第二代生物燃料有何益处？除此之外，它还有哪些潜力？记者就此采访了这项课题的研究专家。

这种酵母不挑食葡萄糖、木糖都能吃

辽宁日报：赵教授您好！首先祝贺您领导的研究组近日发现能够有效提高生物质能转化效率的一种新产油酵母菌。这是一个喜讯，在能源问题日益突出的大环境下，这项发现对第二代生物燃料研究具有重要意义。那么您能为我们简单介绍一下这种酵母菌吗？

赵宗保：好的。首先我想告诉大家的是，木质纤维素生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其水解产物具有葡萄糖和木糖并存的基本特点。实现葡萄糖和木糖的高效利用是将生物质水解产物转化为液体燃料面临的共性难题之一，原因在于多数微生物在葡萄糖和木糖共存的条件下优先利用葡萄糖，造成木糖利用效率低甚至利用不完全。因此，获得能够同步且高效利用葡萄糖和木糖的菌株对于提高该过程的经济性至关重要。

我们研究组通过模拟天然木质纤维素中葡萄糖和木糖共存的特性，利用葡萄糖和木糖作为底物，在两者同时存在的条件下，对多株产油酵母的生长、油脂积累和糖利用进行了研究，首次发现了皮状丝孢酵母TrichosporoncutaneumAS2.571能够同步利用葡萄糖和木糖积累油脂。

辽宁日报：也就是说皮状丝孢酵母与其他产油酵母“进食”的顺序不同？

赵宗保：是的。我们在研究中发现，一些产油酵母在以葡萄糖或木糖作为单一原料时，均能够将这些糖“吃掉”。但当葡萄糖和木糖同时存在时，葡萄糖则优先于木糖被“吃掉”，只有当葡萄糖全部被“吃掉”或低于一定的浓度时酵母菌才开始“吃”木糖。

皮状丝孢酵母在以葡萄糖或木糖作为单一原料时，也具有同样的效果。但是当葡萄糖和木糖同时存在时，葡萄糖和木糖则能够被同步利用，不存在哪一种糖被先“吃掉”的问题。且无论底物中葡萄糖和木糖的比例如何，葡萄糖和木糖的消耗均是同步进行，并被转化成油脂储存在细胞内。

辽宁日报：为什么其他产油酵母菌不能同时“享用”木糖和葡萄糖呢？

赵宗保：在生物燃料及生物基化学品（如燃料乙醇、琥珀酸等）的生产中，葡萄糖和木糖不能高效转化是一个共性问题。很多研究工作将木糖代谢途径在工业菌株中表达，虽然能够实现木糖在微生物体内代谢，但是通常效率较低。原因在于，微生物对木糖的利用不仅局限于代谢途径不完整，而且也缺乏高效的木糖转运系统。木糖转运通常是借助于葡萄糖转运系统实现，所以木糖利用总是受到葡萄糖限制。

辽宁日报：植物木质纤维素中的木糖和葡萄糖哪个所占的比例会更高一些？

赵宗保：刚才说过，木质纤维素生物质主要包括三部分。其中纤维素主要由葡萄糖构成，半纤维素的主要成分是木糖。因原料和产地不同，葡萄糖和木糖含量会有所不同，木质纤维素生物质中葡萄糖含量要高于木糖，其比例约为2:1。以东北玉米秸秆为例，葡萄糖含量约在40%左右，木糖含量约在20%左右。

提高木糖利用率工业、农业都受益

辽宁日报：这种酵母菌在自然界中广泛存在吗？

赵宗保：微生物存在易变异、适应性强等特点。在自然界中由于环境条件差异，微生物往往通过调整自身代谢来适应外界环境改变。因此，即使同一种类微生物在不同环境条件下其遗传性状也有很大差别。自然界确实存在一些可以同步利用葡萄糖或木糖的菌株，需要我们去发掘。我们组所发现的皮状丝孢酵母恰好是一种性状特殊的产油酵母。

辽宁日报：未来我们将如何大量培育这种酵母菌？

赵宗保：可以在其适宜条件下，通过采用合适的培养方式来大量培养皮状丝孢酵母。可采用的方法有补料-批式发酵、连续发酵等。在补料-批式发酵中，为了减少底物对菌体生长的影响，通过分批次地把底物投到生物反应器中，从而获得大量菌体。在连续发酵中，将底物连续加入到生物反应器中，同时以同样速度排出含有菌体的发酵液，这样在生物反应器中菌体就会持续的利用新加入的原料进行生长和油脂合成。