Engineering high‐gravity fermentations for ethanol production at elevated temperature with Saccharomyces cerevisiae

发酵 乙醇燃料 乙醇 酿酒酵母 酵母 乙醇发酵 拉伤 渗透浓度 生物化学 代谢工程 食品科学 化学 生物 基因 解剖
作者
Luis Caspeta,J Hernández Coronel,Arturo Montes de,Eduardo Abarca,L. J. Ríos González,Alfredo Martı́nez
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:116 (10): 2587-2597 被引量:47
标识
DOI:10.1002/bit.27103
摘要

Thermal damage, high osmolarity, and ethanol toxicity in the yeast Saccharomyces cerevisiae limit titer and productivity in fermentation to produce ethanol. We show that long-term adaptive laboratory evolution at 39.5°C generates thermotolerant yeast strains, which increased ethanol yield and productivity by 10% and 70%, in 2% glucose fermentations. From these strains, which also tolerate elevated-osmolarity, we selected a stable one, namely a strain lacking chromosomal duplications. This strain (TTY23) showed reduced mitochondrial metabolism and high proton efflux, and therefore lower ethanol tolerance. This maladaptation was bolstered by reestablishing proton homeostasis through increasing fermentation pH from 5 to 6 and/or adding potassium to the media. This change allowed the TTY23 strain to produce 1.3-1.6 times more ethanol than the parental strain in fermentations at 40°C with glucose concentrations ~300 g/L. Furthermore, ethanol titers and productivities up to 93.1 and 3.87 g·L -1 ·hr -1 were obtained from fermentations with 200 g/L glucose in potassium-containing media at 40°C. Albeit the complexity of cellular responses to heat, ethanol, and high osmolarity, in this study we overcome such limitations by an inverse metabolic engineering approach.

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