木质纤维素原料属于可再生原料,年产量巨大,以木质纤维素为原料的化合物生产为人类绿色经济发展描述了一副美丽画卷。如何实现工业废弃物的木质纤维素原料的合理、高值化利用是该领域的研究热点。棕榈果壳与木糖母液作为唾手可得的工业废弃物,是较容易获得的廉价原料。其综合利用可以提高废弃物价值,增加经济效益。酿酒酵母是一种广泛用于食品级工业发酵的微生物,具有底物广泛、发酵力和鲁棒性强,食品级安全、遗传操作较简便的优点。以酿酒酵母为细胞工厂,引入适当的代谢途径,并通过发酵工艺优化可以实现工业废弃物原料的高值化转化。本论文从出发菌株选择、代谢途径引入以及发酵工艺优化等层面,研究了以棕榈壳为原料生产第二代燃料乙醇以及以木糖母液为原料生产木糖醇的相关技术,为其走向工业化应用,提供借鉴并打下一定基础。1.利用棕榈壳粉原料发酵产乙醇的工艺条件研究伴随大规模的棕榈油生产工厂的运转,棕榈果壳产量惊人,其综合利用对提高棕榈油生产厂家的经济效益和减少环保压力意义重大。本论文第一部分的工作与马来西亚棕榈油协会合作,评估亚硫酸氢钠,氢氧化钠和甲酸三种预处理方法处理的棕榈壳粉原料的毒性以及酿酒酵母对相应原料的发酵特征,并测试上述原料在不同发酵工艺中的乙醇的得率。对预处理前后的棕榈壳原料的组分分析结果显示,甲酸处理可以很好地去除半纤维素和木质素,处理后原料纤维素组分比重高,发酵液中乙醇浓度较高,但该方法获得的发酵原料毒性较大,需要大量水洗脱毒；碱法预处理原料在纤维素酶糖化过程中有pH变化,影响发酵效率；亚硫酸钠预处理可以去除部分的木质素,增加纤维素比重,但是半纤维素部分流失。继而,通过生长测试,选择了在棕榈壳原料中发酵时延滞期较短,生长能力较好的工业酿酒酵母RC212,并在其中引入基本木糖代谢途径,重组菌株命名为RC212-127。经测试,我们选择了10%(w/v)的底物浓度,30 FPU (g substrate)-1的纤维素酶载量作为后继评估工作的基本条件。利用菌株RC212-127,比较了水解后发酵(SHF),同步糖化发酵(SSF),半同步糖化发酵(semi-SSF)三种糖化发酵方式对最终乙醇产率的影响。结果显示预水解24小时的半同步糖化发酵方式有高的乙醇得率。以10%(w/v)底物浓度的亚硫酸钠预处理原料经过半同步糖化发酵方式发酵60小时,最终乙醇浓度可以达到16 g L-1,其乙醇得率为0.16 gg-1。之后,我们在半同步糖化发酵方式的基础上进行补料发酵,测试该工艺下能否达到乙醇产量能否达到蒸馏需求。结果显示,甲酸预处理原料因木质素和半纤维素已经处理掉,原料中的纤维素组分高,经过两次补料,最终乙醇产量可以达到56 g L-1,达到工业上对乙醇蒸馏的要求。若利用其他两种预处理方法,尚需进一步改造菌株,提高木糖利用率,以期达到蒸馏浓度要求。该项评估为利用棕榈壳原料生产燃料乙醇选择合理的工艺提供了具体的数据支持。2.木糖母液的高值化利用研究木糖母液是酸水解玉米芯经过浓缩结晶生产木糖时所产生的副产品。本论文第二部分工作是基于和山东龙力集团的合作,对伴随木糖醇大规模生产而产生的大量木糖母液进行高值化利用。经测试分析,木糖母液中含有大量的单糖成分,木糖含量～400 g L-1,此外,葡萄糖,阿拉伯糖和半乳糖也有相当高的含量。论文针对现有技术可实现的分离工艺,在保留阿拉伯糖和半乳糖组分的同时,将木糖组分转化为木糖醇,并彻底消耗葡萄糖组分,从而实现木糖母液的高值化利用。通过评估菌株对稀释木糖母液的耐受性,选择了工业酿酒酵母GZ-5进一步构建工程菌株。在此基础上敲除了其半乳糖代谢关键节点基因GAL1。生长及发酵结果表明,关键节点GAL1敲除可以阻断半乳糖代谢,同时不影响葡萄糖的利用,实现半乳糖组分的保留。进而,我们通过在菌株中多轮整合表达外源木糖还原酶基因XYLl获得重组菌株DX7。其木糖还原酶酶活可以达到0.5 U mg-1蛋白。利用流加补充共碳源葡萄糖的方式,研究了共碳源添加时机和浓度对木糖醇生产的影响。在不断添加葡萄糖的好氧条件下,相当于20%木糖母液的培养基(含～100g L-1木糖,-15 g L-1葡萄糖)经60小时发酵,木糖转化木糖醇效率达到85%,在发酵36小时后以2.25 g L-1h-1流速添加葡萄糖,木糖醇得率达0.88 g g-1木糖；在发酵8小时后以0.75 g L-1L-1流速添加葡萄糖,木糖醇得率达0.76 gg-1木糖。