综述：D-木糖发酵本土酵母在木质纤维素生物炼制中的生物技术应用

《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》：Biotechnological applications of D-xylose-fermenting autochthonous yeasts in lignocellulosic biorefineries

　　

摘要

酵母对D-木糖的高效发酵仍然是第二代生物乙醇可持续生产的主要瓶颈，因为这种戊糖在木质纤维素生物质中占据了半纤维素糖的很大比例。虽然传统工业酵母对D-木糖的利用能力有限，但从自然环境中分离出的许多本土（原生或野生来源）酵母具备经过自然选择的代谢特性，能够在恶劣条件下有效吸收戊糖。理解和利用这种多样性对于推动木质纤维素生物精炼技术的发展至关重要。本综述综合了目前关于来自自然生态系统的D-木糖发酵酵母的知识，重点介绍了它们的生态多样性、分类学特征、生理特性及其生物技术价值。属于、Spathaspora>、Candida和Meyerozyma等属的酵母通过不同的酶促策略表现出高效的D-木糖代谢能力，尽管氧化还原平衡、辅因子再生和糖转运仍然是关键限制因素。许多这类酵母对生物质预处理过程中产生的抑制剂具有内在耐受性，并能适应氧气供应、温度和渗透压变化等条件，这些特性对于工业应用至关重要。此外，一些酵母还能产生水解酶，在发酵过程中部分降解木质纤维素底物，从而支持工艺的整合和优化。除了生产乙醇外，酵母中的D-木糖代谢还可以定向用于生产木糖醇和有机酸等高附加值生物产品，从而拓宽木质纤维素原料的经济潜力。分子分类学、适应性进化、代谢工程和组学分析方面的进展显著提升了发酵性能和稳定性，使得菌株选择更加合理，改进也更具针对性。通过结合系统发育指导的菌株鉴定、适应性和遗传改良、系统级特征分析以及工业过程整合，本综述为将天然酵母多样性转化为高效的第二代生物乙醇生产平台和多样化生物工艺提供了全面的框架。这种综合性的视角对于克服当前技术限制并推进可持续的生物质基生物精炼技术至关重要。