全 文 ：一株可利用甘蔗渣水解液发酵酒精的菌株筛选
张聚宝，林 影，向柱方，吴晓英!
（华南理工大学 生物科学与工程学院，广州 !"#$%#）
摘 要：甘蔗渣是一种制糖工业废料，主要含有丰富的纤维素类物质，纤维素类物质由五碳糖和六碳糖组成，通过
粉碎，用 "&’()*碱预处理 +% ,，在 "+" -、.*"/#的条件下水解 " ,，不同的酵母利用水解液发酵生产酒精的研究
结果表明：假丝酵母 "001能高效地利用水解液中的葡萄糖、木糖，转化生产酒精，发酵 %2 ,，测得发酵液中的酒精含
量达 #/102 3 4 "## 56，折合成干物质转化率为 "7/#%&。
关键词：酒精；甘蔗渣；菌株筛选；纤维素；木糖
中图分类号：891+：917 文献标识码：: 文章编号："$0+ ; 7$02（+##%）#7 ; ##$# ; #7
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7$+ .(#2,：MO,(FBR；A(3(VVM；VON(EF@VQNMMFEF3；QMRR?RBVM；ZKRBVM
甘蔗渣是一种木质纤维素，主要含纤维素、半纤
维素和木质素。纤维素是!@L葡萄糖基 "，%糖苷键
联结而成的线性高分子化合物；半纤维素的结构单
元中包括戊糖基（木糖基、阿拉伯糖基等）、己糖基
（葡萄糖基、甘露糖基、半乳糖基、鼠李糖基等）、糖酸
基和乙酰基。半纤维素的分子量较低，聚合度小，且
分子中往往含有支链；而木质素是由苯丙基丙烷单
元（即 T7 ; T$ 单元）通过醚链和碳@碳联结而成，具
有三维结构的芳香族高分子化合物。完全水解纤维
素可以得到 1$& [ 12&的 L@葡萄糖，而完全水解半
乳糖可以得到木糖，葡萄糖和木糖的含量占所有的
组分的 0+& [ 1%&［"］，其中葡萄糖和木糖的比例为
+/$ [ %/0 \"［"］。为了转化生物可再生资源为燃料酒
精，其一是充分的将纤维素和半纤维素水解转化为
单糖；其二是有效地将水解糖（主要为葡萄糖和木
糖）转化为酒精。但是普通的酿造酵母，很难将戊糖
进行转化。一些代谢因素在限制戊糖（包括木糖和
阿拉伯糖）的有效利用［+］。所以要对纤维素生产燃
料酒精的研究主要是针对工程菌构造的研究，即通
过基因工程的改造得到一株能良好利用纤维素水解
! 收稿日期：+##7@""@"#
作者简介：张聚宝（"12#@），男，硕士生，研究方向：酶工程。
:?3] +##%
·$#·
生 物 加 工 过 程
T,EFMVM >B?NF(R BH PEB.NBQMVV ^F3EFMMNEF3
第 +卷第 7期
+##%年 2月
万方数据
糖发酵生产酒精的菌株。国外用纤维素生产燃料酒
精的菌株的研究主要是寻找直接利用纤维素和半纤
维素的菌株，!"#$% &’($% )*+（,---）构建了一株能
够直接利用纤维素的菌［.］，/0$1&0$ 2#3（4554）也构
建了一株能够产生纤维素酶的酵母并通过酵母
&671,表面展示［8］，而国内对天然纤维素类物质生
产燃料酒精的研究比较少，尤其对其中的半纤维素
水解产物戊糖的利用研究还没有见过报导。本文通
过比较四株酵母菌种对提高甘蔗渣水解糖发酵生产
酒精的能力，也进一步为燃料酒精的生产菌种的构
造与选育打下良好的基础。
! 材料与方法
,9, 原 料
甘蔗渣 华南理工大学造纸学院提供甘蔗渣
菌种（见表 ,）。
表 , 本实验所用酵母菌种
6#:;< , ’<#=> =>?#0$= 0$ <@A=
菌名 拉丁菌名 菌种来源
酿造酵母古巴 , !"##$"%&’(#)* #)%)+,*," 本研究室保藏
&671, !"##$"%&’(#)* #)%)+,*," 本研究室保藏
假丝酵母 ,BB- -"./,/" *0 9
购于中国工业
微生物菌种保藏中心
脆壁克鲁斯酵母 1 2 3%"4,5) 本研究室保藏
主要药品试剂 甲醇（色谱纯），乙醇（色谱纯），
正丁醇（色谱纯），葡萄糖，木糖，麦芽糖，乙腈（分析
纯），均为国产。
培养基
固体斜面培养基：葡萄糖 45 %，蛋白胨 C %，酵母
粉 . %，麦芽汁 . %，琼脂 ,C %，蒸馏水 , 555 3D，
AEC9C。
种子活化培养基：葡萄糖 ,5 %，蛋白胨 C %，酵母
粉 . %，麦芽汁 . %，蒸馏水 , 555 3D，AEC9C。
无碳源基础培养基：硫酸铵C %，磷酸二氢钾, %，氯
化钠 59, %，硫酸镁 59C %，氯化钙 59, %，酵母膏 594 %。
发酵培养基：将甘蔗渣研磨约直径 598 F 59-
33，称取 C595 %入 ,G2#HE溶液浸没，预处理 48 *，
调 AEB95，加入硫酸调 AE,95，使固液比大约为 , I
,5，于 ,4, J高温下水解 , *，将水解液用棉花过滤，
调葡萄糖含量约为 4G，调 AEC9C分装。
,94 菌的生长和发酵条件
所有酵母菌种生长和发酵条件都为 47 F .5 J。
,9. 分析方法
,9.9, 葡萄糖，木糖含量的测定
EKD)法 色谱柱为糖柱，流动相为乙腈和水以 8
I,比例混合，流速为 597 3D L 30$，柱温为 .4 J，内
标物为麦芽糖。
,9.94 酒精含量的测定
毛细管气相色谱法 色谱柱为 EK 0$$+"#@ .5 3
M 59.4 33 M 59C!3 ，以甲醇为溶剂，正丁醇为内标
物，程序升温如图 ,：
图 , 气相色谱升温程序
N0%9, 6<3A(?< A?+%?#3 0$ O)
最终以 % L ,55 3D来表示酒精的含量。
,9.9. 细胞浓度的测定
比浊法测 67 值（P55 $3）。
" 结 果
49, 菌种的活化
将菌种接种于种子活化培养基，在 47 F .5 J，
.P小时长势良好。
494 不同碳源对菌种生长的影响
将活化好的菌种用牙签蘸取少量在“4G不同碳
源 Q无碳源培养基 Q ,G琼脂”培养基作成的平皿上
划线，观察 .天内长势，结果如表 4。
表 4 不同菌种在不同碳源培养基上的生长情况
6#:;< 4 O?+">* +R =>?#0$= #> S0RR 3
酿造酵母古巴 , Q Q Q T T Q
&671, T T Q T T T T
假丝酵母 ,BB- Q Q Q T T Q Q
脆壁克鲁斯酵母 Q Q T T T T
长势：Q Q为长势一般有少量圆形白色菌落形成；Q为
长有少量，可见划线的地方有白色酵母菌的线形菌落；11为
不生长或观察不到。
菌种 ,BB- 在木糖、半乳糖、纤维二糖中都能生
长，且长势较好，其它菌种长势不佳。
49. 菌种接种时间的确定
将能利用多种糖生长的菌种假丝酵母 ,BB- 作
4558年 7月 张聚宝等：一株可利用甘蔗渣水解液发酵酒精的菌株筛选 ·P,·
万方数据
为选定的菌株，同本研究室保藏的其它酒精发酵能
力较强的另外三株菌种（酿造酵母古巴 ! "，#$%&!，
脆壁克鲁斯酵母）作发酵能力的对比试验。生长曲
线如图 ’所示。
—!—酿造酵母古巴 ! "；—"—#$%&!；
—#—假丝酵母 !(()；—$—脆壁克鲁丝酵母
图 ’ 四种酵母菌的生长曲线
*+,-’ $./ ,0123. 4506/7 18 8150 9/:73 730:+;7
由图 ’可以看出，假丝酵母 !(()，酿造酵母古巴
! "和脆壁克鲁斯酵母的对数生长后期为 !< = ’> .，
选 ’> .为接种时间，而 #$%&!的对数生长期后期为
’% = ?> .，选择 @> .为接种时间。
’-? 发酵试验
将处于对数生长后期的菌种按 ! A !> 的接种量
接种于配制好的培养基中，利用液相色谱法和气相
色谱法测发酵过程中葡萄糖（图 @）、木糖（图 ?）以及
发酵液中酒精的生产情况（图 <）。
—!—酿造酵母古巴 ! "；—"—#$%&!；
—#—假丝酵母 !(()；—$—脆壁克鲁丝酵母
图 @ 发酵过程中葡萄糖的消耗
*+,B@ $./ 41;3/;3 18 ,C5417/ +; 8/0D/;3:3+1;
由图 @可以看出，所有的菌都能利用葡萄糖，且
在 ’> .以后糖的利用很少，说明此时残糖的浓度已
经很低，微生物很难利用。
由图 ?可以看出，除菌假丝酵母 !(() 外，其它
菌种对木糖的利用基本很少。
由图 <可见，各种酵母菌均能利用甘蔗渣的水解
糖生产酒精，其中假丝酵母 !(()在 ?% .时，发酵液中
的酒精含量有一个最大值：>-)(% , E !>> DF。因为先
前是将干物质按 ! A !>进行水解的，在配制培养基的
同时为了使其中的葡萄糖含量为 ’G左右，又将水解
液进行了稀释（水解液同水的比例为 @ A!），所以将这
个最大值转化成干物料的转化率为 !@->?G。
—!—酿造酵母古巴 ! "；—"—#$%&!；
—#—假丝酵母 !(()；—$—脆壁克鲁丝酵母
图 ? 发酵过程中木糖的消耗
*+,-? $./ 41;3/;3 18 H9C17/ +; 8/0D/;3:3+1;
—!—酿造酵母古巴 ! "；—"—#$%&!；
—#—假丝酵母 !(()；—$—脆壁克鲁丝酵母
图 < 四种酵母菌的产酒精情况
*+,B< $./ /3.:;1C I01J54/J K9 3./ 8150 9/:73 730:+;7
! 讨 论
在发酵酒精生产中，关键是要选育一株发酵能
（下转第 L(页）
·L’· 生物加工过程 第 ’卷第 @期
万方数据
表 ! 物料体积对复水率的影响
"#$%& ! ’#(&)*#% +,%-.& +&)/-/ )&012)#(*,3 )#(& 4,) 2)1*35 6#)),(
（788 9 : 0）
物料体积（..;） 复水比
<7= >?=7
7=8 =?=<
=88 !?=!
由表 ;和表 !可见，经吸附式低温干燥后胡萝
卜的复水比在 >左右，显著高于热风干燥；干燥气体
的湿度变化对胡萝卜复水比没有明显影响。在干燥
气体温度、湿度和风量都相同时，随着粒度的增大，
复水能力下降，因为在相同的复水时间内，粒度大的
物料有可能没有得到完全恢复，导致复水比随粒度
增加变小。
! 结论
（<）吸附式低温干燥条件下，胡萝卜的干燥曲线
呈现大致相同的反 @型变化规律，有较明显的调整、
恒速和降速三个干燥阶段。
（7）吸附式低温干燥过程可使被干燥物料达到
超干水平，不受露点限制。
（;）增加干燥气体流量对干燥过程进行有利。
在兼顾能耗的同时，干燥气体的相对湿度越低，风量
越大，越有利于干燥的进行。
（!）被干燥物料颗粒大小和形状对干燥过程有
显著影响。颗粒尺寸越小，比表面积越大，暴露在干
空气中的表面越大，越有利于水分蒸发。
（=）经过吸附式干燥后的胡萝卜色泽仍较鲜艳，
无褐变，外表品质优于热风干燥。
（>）经吸附式低温干燥后胡萝卜的复水比
（>?=7）显著高于热风干燥（变化对胡萝卜复水比没有明显影响。
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学报，
N
力强的菌株，这样才有可能进行后续的发酵条件优
化的研究。菌种的选择是酒精生产中的第一步，本
研究初步筛选得到一株能利用纤维素水解糖（葡萄
糖和木糖等）发酵生产酒精的菌种。进一步的菌种
选育，是要提高菌种酒精产生能力，优化发酵工艺条
件和后续一步的酒精提纯工作，实现工业化、工厂
化。
参考文献：
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*35 (, 6&%%-%,/&[ M,-)3#% ,4 ’,%&6-%#) Z#(#%1/*/ G：\3E1.#(*6 7887（
万方数据