自從人們學會使用煤炭、石油和天然氣之後，地球污染就變得越來越嚴重，而且它們燃燒所產生的二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等氣體也是形成溫室效應的「罪魁禍首」。這時候人們已經意識到要尋找環境友好型燃料，而被稱為清潔能源的乙醇完全燃燒只生成二氧化碳和水，可以說乙醇會是一種很好的化石燃料代替品！那我們怎麼做才能提高乙醇的產量，來滿足需求呢？

近日發表在《Nature》雜誌，題為「Enhancement ofethanol production in very high gravity fermentation by reducingfermentation-induced oxidative stress in?Saccharomycescerevisiae」的論文中，華南農業大學食品學院的研究人員的目的就是在研究如何促進高濃度發酵乙醇，得到更高產量的乙醇。

研究人員探討發酵相關應激對誘導內源性氧化應激的影響，檢測乙醇發酵過程中的細胞內活性氧水平的動態變化，並評價添加活性氧清除劑對VHG（超高濃度）乙醇發酵性能的影響。

研究人員在研究中有四個發現：

胞漿Cu/Zn-SOD對保護酵母細胞免受各種發酵相關脅迫誘導的氧化應激具有重要意義。

銅鋅超氧化物歧化酶(SOD)可以降低發酵相關脅迫誘導所產生的細胞內活性氧(ROS)水平

無論是正常溫度還是高溫，補充活性氧清除劑，如N-乙醯-L-半胱氨酸(NAC)，可減輕高濃度(VHG)發酵過程中的氧化應激，提高發酵性能。

在VHG發酵過程中，NAC在維持Cu/Zn-SOD活性方面也起著重要的作用。

Cu/Zn-SOD可以保護酵母細胞免受各種發酵相關脅迫誘導的氧化應激。酵母細胞含有兩個SOD，Cu/Zn-SOD和Mn-SOD。那SOD是一種什麼物質呢？SOD叫做超氧化物歧化酶，是一種源於生命體的活性物質，能消除生物體在新陳代謝過程中產生的有害物質。

在發酵過程中，酵母細胞會遇到許多壓力，包括高滲透壓、高濃度乙醇和高溫。作者進行研究最後發現Δsod 1突變體（缺乏Cu/Zn-SOD)，在有氧條件下，Δsod 1突變體，而不是Δsod 2突變體，對所有測試的脅迫都非常敏感（圖1），這表明了Cu/Zn-SOD的存在可以抑制酵母細胞發生氧化應激。

圖一

Cu/Zn-SOD可以降低發酵相關脅迫誘導所產生ROS水平。研究人員發現Cu/Zn-SOD降低ROS的原因是Cu/Zn-SOD可以降低發酵相關脅迫誘導的細胞內O2·?水平。上面已經提到，ΔSOD 1突變體對所有測試的脅迫都非常敏感，從這次實驗可以檢測到ΔSOD 1突變體的胞內O2·?水平顯著高於野生型菌株（圖2），可以表明ΔSOD 1突變體對這些發酵相關脅迫的超敏反應是胞質O2·?和其他自由基的過度積累所致。

圖二

活性氧清除劑可減輕VHG發酵過程中的氧化應激。NAC（N-乙醯-L-半胱氨酸）是一種活性氧清除劑作用於30°C的野生型菌株，和在40°C時，野生型菌株在NAC存在下產生的ROS水平明顯低於未添加NAC的菌株（圖三）。這些結果可以表明NAC等活性氧清除劑在保護酵母細胞免受常溫和高溫的VHG發酵過程中氧化應激的作用，提高發酵性能，從而促進酵母代謝的維持。

圖三

雖然實驗證明NAC可以提高酵母的發酵性能，但卻不適合工業規模的VHG乙醇發酵，因為NAC的成本高，但是其它便宜經濟的抗氧化劑在VHG發酵的效果還有待研究。

在VHG發酵過程中，NAC在維持Cu/Zn-SOD活性方面也起著重要的作用。在30℃和40℃的溫度下，NAC處理的野生型細胞在培養12 h內Cu/Zn-SOD活性顯著升高，並在發酵過程中維持在較高水平。另一方面，在不含NAC的條件下產生的Cu/Zn-SOD活性在產生的前12小時受到抑制（圖四）。

圖四

此外，之前有人研究得到在VHG發酵條件下，最佳曝氣可以獲得較高的乙醇產量，因為它在維持適當的氧氣供應和穩定的氧化還原環境中起著重要的作用。但是過多的通氣又會增加氧在發酵培養基中的溶解度，這有可能促進活性氧的產生，所以在VHG發酵中還需要控制曝氣的量。

總而言之，要實現高效的乙醇生產，就需要在VHG發酵過程中控制曝氣和添加抗氧化劑。

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