底物浓度对酵母细胞发酵效果的影响探究

底物浓度对酵母细胞发酵效果的影响探究

徐州一中 顾清源 李大鹏 侯卓然 李家慧

指导老师：闻婧

【摘要】我国是人口大国，近几年来随着经济的高速发展，对能源的需求量正在逐年增大。如果单独的依赖化石能源，不仅难以满足能源的需求，而且还会带来更多生态环境问题，难以实现可持续发展目标。因此，我国大力发展可再生生物能源，并且将其应用在不同的行业中就显得十分迫切。而微生物能够利用自然界中的多种生物质原料如纤维质、淀粉质和糖质，将其作为碳源通过发酵生产生物质能源。与此同时，酵母对于蔗糖所起的发酵作用结果是受各种因素的影响，当蔗糖浓度和酵母比例不得当是，会造成极大的能源浪费。为此本文章将简单的就酵母对于不同浓度的蔗糖发酵情况下，最佳的蔗糖发酵浓度进行探究。

【关键词】酵母；蔗糖；发酵作用；

一、研究背景

进入21世纪以来，随着化石能源的日益枯竭和生态环境的加剧恶化，近几年来出现的有关能源危机和生态危机的论述已被世界各国所关注。针对目前的这些问题，世界各国都相继提出发展实施可再生能源战略，而生物质能源作为一种可持续再生的能源是化石燃料的理想替代品。我国是人口大国家，近几年来随着经济的高速发展，对能源的需求量正在逐年增大。如果单独的依赖化石能源，不仅难以满足能源的需求，而且还会带来更多生态环境问题，难以实现可持续发展目标。因此，我国大力发展可再生生物能源，并且将其应用在不同的行业中就显得十分迫切。

微生物能够利用自然界中的多种生物质原料如纤维质、淀粉质和糖质，将其作为碳源通过发酵生产生物质能源。其中酿酒酵母是一种重要的工业微生物，作为生物发酵资源有着独特的性能。目前在工业上乙醇的生产，有很多重要的的因素被考虑，如菌株的糖耐受性和乙醇受性。耐高糖和高乙醇浓度是制约发展微生物工业化规模的重要因素，关于如何提高酿酒酵母耐受高浓度蔗糖发酵的研究是当前乙醇发酵工艺中的研究热点之一，也是解决酿酒酵母高效利用蔗糖生产生物乙醇的重要途径之一。

酵母对于蔗糖所起的发酵作用结果是受各种因素的影响，当蔗糖浓度和酵母比例不得当时，会造成极大的能源浪费。为此本文章将简单地就酵母对于不同浓度的蔗糖发酵情况下，最佳的蔗糖发酵浓度进行探究。

二、实验材料

1.实验仪器：显微镜，电子天平,载玻片,盖玻片,橡胶管,双孔橡胶塞,单孔橡胶塞,10mL平底离心管,100mL塑料瓶和导管若干,记号笔，剪刀等。

2.试剂：干酵母，蔗糖，清水。

三、研究过程

1.显微镜观察酵母菌

1.1样液制备：取少量酵母约0.1g放入10mL离心管中，向离心管中加入约5mL左右的水，用吸管吹打混匀即得到样液（酵母和水的量不做要求，能观察到酵母细胞即可）

1.2显微镜观察：取一滴样液滴加在载玻片上，轻轻盖上盖玻片，注意不能含有气泡，在显微镜下观察，并记录酵母情况；

2.搭建简易排水集气装置

2.1准备装置：连接导管，用剪刀将橡皮管剪成约3cm的小段橡胶管，用小段橡胶管将两个90度导管连接起来，两个导管的两端分别插入单孔橡胶塞和双孔橡胶塞，使导管末端在橡胶塞内露出约2mm；

2.2放置装置：取60度导管10cm端口插入双孔橡胶塞剩余的一孔，使其末端在瓶内的长度约为瓶长的2/3.5cm端口下放置10mL平底离心管，用于收集排出的液体；

2.3装置调整：用橡胶塞将两个100mL塑料瓶和导管连接起来，将两个导管调整为同一高度；

3.溶液配制：

    取4个100mL塑料瓶，如表1-1。在塑料瓶中分别配制质量分数为0（清水）、10%、20%、30%的蔗糖溶液各20mL，贴上对应的标签，备用，另取4个100mL塑料瓶，装入100mL清水；

表1-1不同质量分数蔗糖溶液的配备

注：质量分数=（溶质质量/溶液质量）X100%

4.加入酵母，开始发酵：

    用电子天平分别称取4份2g活性干酵母，依次置于质量分数为0（清水）、10%、20%、30%的蔗糖溶液中，放入后快速盖上橡胶塞，轻轻晃动瓶子混匀，静置发酵并开始计时；

5.观察与记录：

    于发酵0、5min、10min、15min、20min、25min、30min时，分别记录各塑料瓶对应的10mL离心管中收集的液体体积（若初始液体较少，可记录液体滴数），并在每个记录时间点用记号笔在离心管上划出液体体积最高点的刻度线位置。

6.将得到的各项数据记录在1-2表中并随后进行分析。

7.注意事项：

A.酵母菌增值一代约2h，所以应控制发酵时间在一代酵母菌发酵过程中。

B.显微镜使用时注意在最大倍数下观察。

四、结果与分析

表1-2不同处理下酵母发酵排水量实验数据表

五、结果与讨论

通过实验，可以发现：活酵母菌形态为：卵圆状。 不同溶液对应的离心管中收集的液体体积不同，不同溶液产生的液体由多到少的顺序为：10%蔗糖溶液>20%蔗糖溶液>30%蔗糖溶液>0（清水）其中发酵速度最快的是10%的蔗糖溶液。 在0-30 min内，质量分数为10%、20%的蔗糖溶液酵母产气量较多，随着时间的增加而增加，说明质量分数为的10%、20%蔗糖溶液能够促进酵母菌发酵。 在0-30 min内，质量分数为30%的蔗糖溶液收集到极少液体，导管里有上升水柱，推测原因可能是质量分数30%的蔗糖溶液中酵母菌发酵太慢，30分钟内产气量太少，质量分数为0的蔗糖溶液（清水）几乎没有收集到液体，原因可能是酵母菌在没有底物的情况下不发酵，但仍有液体，可能是温度变化导致的。综上所述，此实验设置的处理中，在质量分数为10%的蔗糖溶液下，添加2 g酵母，发酵情况最佳。

附录