Бутандиоловая ферментация
Ферментация 2,3- бутандиола представляет собой с 2,3 - анаэробную ферментацию глюкозы бутандиолом в качестве одного из конечных продуктов. Общая стехиометрия реакции равна
Бутандиоловое брожение характерно для факультативных анаэробов Klebsiella и Enterobacter. [1] и проверяется с использованием теста Фогеса-Проскауэра (ВП). Можно использовать и другие альтернативные штаммы, о которых подробно говорится в разделе «Альтернативные штаммы бактерий» ниже.
Метаболическая функция 2,3-бутандиола неизвестна, хотя некоторые предполагают, что для этих микроорганизмов было эволюционным преимуществом производить нейтральный продукт, который менее ингибивен, чем другие продукты частичного окисления, и не снижает pH так сильно, как смешанный продукт. кислоты.
Бутандиол можно использовать во многих важных отраслях промышленности, включая антифриз, пищевые добавки, антисептики и фармацевтические препараты. Он также производится естественным путем в различных местах окружающей среды.
Сравнение со смешаннокислым брожением
[ редактировать ]Ферментация 2,3-бутандиола дает меньшие количества кислоты, чем ферментация смешанной кислоты бутандиол, этанол , CO 2 и H 2 , а конечными продуктами являются равные количества CO 2 и H 2 . Хотя во время смешанно-кислого брожения образуются , бутандиоловое брожение дает более чем в два раза больше CO 2, поскольку газы не образуются только под действием формиат-гидролиазы, как при смешанно-кислотном брожении.
2,3-бутандиол производится в различных количествах при аэрированной ферментации, пока уровень растворенного кислорода ограничен (т. е. культура пытается потреблять больше кислорода, чем доступно). Степень ограничения кислорода определяет соотношение 2,3-бутандиола и образующихся побочных продуктов. [2]
Промышленное применение
[ редактировать ]2,3-бутандиол имеет множество промышленных применений и продуктов, которые он может производить. Лево-изомер бутандиола имеет низкую температуру замерзания -60 °C, что позволяет ему работать в качестве антифриза. В результате каталитического дегидрирования бутандиол может образовывать диацетил. Диацетил — это пищевая добавка, которую можно использовать для придания вкуса. 0,1% бутандиол убивает большинство болезнетворных бактерий благодаря своим антисептическим свойствам. Путем этерификации получают формы предшественников пенополиуретанов. Их можно использовать в различных целях, в том числе в фармацевтических препаратах, косметике, лосьонах, мазях и антиперспирантах. Сам бутандиол даже находит применение в фармацевтической промышленности в качестве носителя лекарств. [3]
Альтернативные штаммы бактерий
[ редактировать ]Использование мезофильных бактерий требует, чтобы процесс ферментации происходил при температуре ниже 40 ° C, что может вызвать бактериальное загрязнение из-за низкой температуры. В промышленном масштабе для этого требуются этапы стерилизации, а это означает, что необходимо построить специальное помещение, необходимо больше сотрудников для выполнения этого дополнительного этапа, и на заводе потребляется больше энергии. новый аэробный штамм Geobacillus Было показано, что XT15 производит 2,3-бутандиол при температуре от 45 до 55 °C. Эта более высокая температура позволит избежать риска загрязнения, поскольку микроорганизмы, живущие в нормальной среде, не могут размножаться при температуре выше 45 °C. Штамм Geobacillus термофильным XT15 является , что позволяет ему осуществлять ферментацию при более высокой температуре. При использовании этого альтернативного штамма стерилизация не потребуется, что сделает производственный процесс более эффективным и экономически выгодным. [4]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гекил Х., Барак З., Чипман Д.М., Эренлер С.О., Вебстер Д.А., Старк BC (октябрь 2004 г.). «Увеличенное производство ацетоина и бутандиола у рекомбинантных Enterobacter aerogenes, несущих ген гемоглобина Vitreoscilla». Биопроцессы и биосистемная инженерия . 26 (5): 325–30. дои : 10.1007/s00449-004-0373-1 . ПМИД 15309606 . S2CID 10019642 .
- ^ Янсен Н.Б., Фликинджер MC, Цао Г.Т. (апрель 1984 г.). «Производство 2,3-бутандиола из D-ксилозы Klebsiella oxytoca ATCC 8724». Биотехнология и биоинженерия . 26 (4): 362–9. дои : 10.1002/бит.260260411 . ПМИД 18553303 . S2CID 36290949 .
- ^ Гарг С.К., Джайн А. (январь 1995 г.). «Ферментативное производство 2,3-бутандиола: обзор». Биоресурсные технологии . 51 (2–3): 103–109. дои : 10.1016/0960-8524(94)00136-о .
- ^ Сяо Z, Ван X, Хуан Ю, Хо Ф, Чжу X, Си Л, Лу-младший (декабрь 2012 г.). «Термофильная ферментация ацетоина и 2,3-бутандиола новым штаммом Geobacillus» . Биотехнология для биотоплива . 5 (1): 88. дои : 10.1186/1754-6834-5-88 . ПМЦ 3538569 . ПМИД 23217110 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Мэдиган М., Мартинко Дж. (2006). Биология микроорганизмов Брока (11-е изд.). Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. стр. 351–355.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Суперпуть биосинтеза (R,R)-бутандиола» . База данных Биоцик .