高压脉冲电场提高酿酒酵母发酵能力及其机制研究

论文摘要

近年来,随着社会需求的增加和科学技术的发展,酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）在工业生产中的应用已不再限于传统的酒品酿造等领域,利用酿酒酵母的发酵来生产生物质乙醇、甘油和各种具有高附加值的化合物开始展现巨大的市场需求和经济价值。为了满足日益增长的生产需要,提高酿酒酵母的发酵能力以缩短发酵时间并提高相关代谢产物的转化是非常有必要的。因此,利用各种辅助技术来提高发酵效率或改善发酵工艺的方法逐渐被学界和产业界所关注和研究。高压脉冲电场（pulsed electric field,PEF）技术自被开发以来便被视作一种灭菌手段应用于食品安全领域。随着研究的深入,人们对高压脉冲电场的“电穿孔”特性有了更详细的认知和了解,该技术也被逐渐应用于细胞内容物的辅助提取、分子或药物传输等方面。近年来,关于高压脉冲电场提高酶活和微生物活性的研究也逐渐被报道。相关研究发现,适当条件下的高压脉冲电场并不会造成微生物的损伤或死亡,反而可以提高酶的活性并刺激细胞内代谢物的合成,因此高压脉冲电场技术也开始在提高微生物活性的领域引起研究者的关注。同时,高压脉冲电场技术也因其自身所具有的高效率、低能耗、无污染等优点展现出良好的应用前景。但是,目前关于PEF作用对酿酒酵母的发酵能力特别是乙醇等代谢物产出的影响的报道较为少见,酿酒酵母在高压脉冲电场作用下的葡萄糖发酵和生长动力学尚不清晰。为了进一步深化高压脉冲电场的应用领域及潜力,同时为酿酒酵母发酵工业提供一种新的策略和方法,本工作探究了高压脉冲电场作用对酿酒酵母发酵能力的影响,并在PEF提高酿酒酵母发酵能力的基础上,对酵母细胞内相关基因和蛋白质的表达进行了分析,以了解PEF诱导酿酒酵母发酵能力提高的机理机制,为后续高压脉冲电场技术在发酵工业中实际应用提供实验基础和理论支撑。本课题的主要研究内容和结果如下:1.探究了酿酒酵母在适当条件的高压脉冲电场作用下发酵能力的变化。通过检测并分析发酵底物中残糖、酒精和甘油含量的变化,证实了适当高压脉冲电场作用提高了酿酒酵母的发酵能力。另外,在长时间动态PEF刺激下,酵母细胞也表现出更高的生长速率。2.主要针对酿酒酵母糖酵解通路相关基因,利用RT-qPCR技术分析了相关基因的转录水平变化。结果表明,适当条件下的高压脉冲电场诱导了酵母细胞内更高的糖酵解通量,其中乙醇合成相关基因的转录水平上升更为明显。3.利用质谱技术从蛋白组学的水平分析了酿酒酵母在PEF作用前后蛋白表达变化的情况。通过对质谱鉴定结果的分析,发现适当强度的PEF对酿酒酵母细胞的影响主要集中在糖类物质的运输、发酵及代谢物的合成等细胞功能和行为,并且诱导了相关功能蛋白的高表达。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 酿酒酵母的应用及研究现状
•     1.1.1 酿酒酵母的应用现状
•     1.1.2 酿酒酵母发酵的主要问题
•   1.2 高压脉冲电场技术的研究及应用现状
•     1.2.1 高压脉冲电场技术原理
•     1.2.2 高压脉冲电场应用现状
•     1.2.3 高压脉冲电场提高酶或微生物活性的研究
•   1.3 研究目的、意义及内容
•     1.3.1 研究目的及意义
•     1.3.2 研究内容
• 第二章 高压脉冲电场提高酿酒酵母发酵能力的研究
•   2.1 引言
•   2.2 试验材料与仪器设备
•     2.2.1 试验菌种
•     2.2.2 主要试剂
•     2.2.3 主要仪器
•     2.2.4 高压脉冲电场设备简介
•   2.3 试验方法
•     2.3.1 培养基及缓冲液的制备
•     2.3.2 种子液的制备
•     2.3.3 PEF处理及发酵培养
•     2.3.4 酿酒酵母生理指标测定
•     2.3.5 数据分析
•   2.4 结果与讨论
•     2.4.1 短时间处理下PEF对酿酒酵母葡萄糖代谢能力的影响
•     2.4.2 长时间PEF处理引起酵母细胞生长的改变
•   2.5 小结
• 第三章 高压脉冲电场作用下部分酵母基因表达水平研究
•   3.1 引言
•   3.2 试验材料与仪器设备
•     3.2.1 试验菌种
•     3.2.2 主要试剂
•     3.2.3 主要仪器
•   3.3 试验方法
•     3.3.1 种子液的制备
•     3.3.2 PEF处理
•     3.3.3 基因表达分析
•   3.4 结果与讨论
•     3.4.1 糖酵解通路相关基因相对表达量变化
•     3.4.2 葡萄糖转运、细胞周期等相关基因表达量变化
•   3.5 小结
• 第四章 高压脉冲电场作用下对酿酒酵母的蛋白组学分析
•   4.1 引言
•   4.2 试验材料与仪器设备
•     4.2.1 试验菌种
•     4.2.2 主要试剂
•     4.2.3 主要仪器
•   4.3 试验方法
•     4.3.1 种子液的制备
•     4.3.2 溶液及其配制
•     4.3.3 PEF处理
•     4.3.4 酵母蛋白样品的准备
•     4.3.5 蛋白质的质谱鉴定
•     4.3.6 蛋白质编码基因的GO功能和KEGG通路的显著富集分析
•   4.4 结果与讨论
•     4.4.1 差异表达蛋白质编码基因的GO功能和KEGG通路的显著富集分析
•     4.4.2 PEF作用下胁迫响应相关蛋白表达差异分析
•     4.4.3 HXT家族编码蛋白的表达差异分析
•     4.4.4 糖酵解相关蛋白表达差异分析
•   4.5 小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 范成凯

导师: 杨勇,应南娇

关键词: 高压脉冲电场,酿酒酵母,发酵能力,分子机制

来源: 杭州电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,一般化学工业,轻工业手工业

单位: 杭州电子科技大学

分类号: TS261.11;TQ920.6

总页数: 61

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