[01365818]甘蔗糖蜜酒精高效发酵清洁生产技术引进与合作研究

糖蜜是甘蔗制糖的副产物,形成了约为甘蔗制糖用蔗的2.5～4.3%（随糖厂的规模波动）,我国每年产量约300万吨,我区年产量约为250万吨,以该资源为原料生产酒精不仅可解决蔗糖生产对环境的直接污染问题,提高蔗糖产业的经济效益,而且减少酒精生产对粮食的消耗,意义显著。 现国外糖蜜酒精发酵生产所使用的菌种主要有巴西的CAT-1和PE-2二株酿酒酵母高产菌株,以及各国自己选育的酿酒酵母生产菌株。国内甘蔗糖蜜酒精产业使用的生产菌种主要是安琪活性干酵母。糖蜜酒精废水由于排放量大（吨酒精约排放12～14吨）,COD高达8～12万mg/L,对其处理至今仍是环保方面的技术难题,对此国内外已开展了广泛的研究,但至今尚没有一种方法在经济上能够满足工业生产的需求。 本项目针对我国甘蔗糖蜜酒精发酵产业长期面临的发酵水平低下,对发酵废水难以有效处理等二大技术瓶颈开展研究。 在甘蔗糖蜜酒精发酵技术研究方面,项目通过开展酿酒酵母甘蔗糖蜜酒精发酵比较基因组学研究,构建了11株符合工业生产要求的甘蔗糖蜜酒精高产、高效、高抗酿酒酵母生产菌株,建立了甘蔗糖蜜酒精高浓度发酵生产技术,实现了技术的工业化应用,工业水平上甘蔗糖蜜酒精的发酵浓度最高达到了15.4%（V/V）,发酵效率达到了理论值的94%,各项技术指标处于国际领先水平。甘蔗糖蜜酒精废水处理技术研究方面,项目首先对废水的理化成分进行较为全面的分析,确定了该废水的理化特性。根据废水的特性,研究建立了二种废水处理技术,废水浓缩肥料化处理技术和废水絮凝沉淀—中水回用处理技术,并将技术进行产业化应用,实现了甘蔗糖蜜酒精高浓度发酵清洁生产,技术处国际领先水平。 本项目来源于广西科学研究与技术开发计划项目,项目于2012年1月下达,项目合同编号：桂科重1298014-2,项目执行期是2012年1月1日至2013年12月31日。本项目的考核指标如下： （1） 项目采用比较基因组学的研究策略,通过建立异源基因在野生型酿酒酵母工业菌株的核基因组稳定表达技术,对糖蜜酒精发酵酿酒酵母高产菌株MF1001的基因组进行改造,构建得到11株糖蜜酒精高产、高效发酵的酿酒酵母基因工程生产菌株,其中5株发酵甘蔗糖蜜40h的成熟醪酒精浓度达到了16%（V/V）以上,1株为耐高温生产菌株,37℃下高温发酵的酒精浓度较对照菌株MF1001提高了30%。将所选育构建的酿酒酵母高产菌株用于糖蜜酒精发酵和产业化示范,成熟醪可发酵残糖含量最低达到了0.3%以下,发酵效率最高达到了97%（按可发酵糖分计算）和91.33%（按糖蜜总糖含量计算）。 （2）项目在建立甘蔗糖蜜酒精高浓度发酵技术,将糖蜜酒精发酵废液的形成量由原来的吨酒精12吨减少为7.8吨的基础上,研究了二种糖蜜酒精废水处理技术,即废水浓缩肥料化处理技术和废水絮凝沉淀-中水回用处理技术。其中,浓缩肥料化技术已实现了产业化应用。 （3）项目已申请国家发明专利2项。 （4）项目以比较基因组学研究为基础,通过对高产菌株MF1001进行同源基因置换、基因敲除等研究,实验鉴定了3个控制酿酒酵母酒精发酵的关键基因,分别为CDC15、Gal10和PH04。其中,CDC15基因编码一种蛋白激酶。该蛋白在酵母有丝分裂过程中与细胞的纺锤体结合,参与细胞有丝分离的退出机制;Gal10基因编码半乳糖差向异构酶（UDP-glucose 4-epimerase）,催化UDP-葡萄糖与UDP-半乳糖相互转化,由此调控酿酒酵母对不同碳源的利用;PHO4基因编码磷酸化酶,参与细胞内蛋白质和DNA的磷酸化,调控细胞循环。 （5）项目在国内核心以上刊物发表论文15篇,在国外SCI刊物发表论文1篇。 （6）通过项目实施已培养广西大学硕士研究生5名,博士研究生2名,4名博士研究生今年毕业。