Producción microbiana de dioles como sustancias químicas de la plataforma: Progresos recientes

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El 2,3-BDO también se puede deshidrogenar fácilmente En acetoin y diacetil que son agentes aromatizantes usados En productos lácteos, margarinas y cosméticos. 2,3-BDO También se ha demostrado que tiene aplicaciones potenciales en el Producción de tintas de imprenta, perfumes, humectantes y Agentes suavizantes, explosivos y plastificantes [16]. El Primera aplicación comercial a gran escala de 2,3-BDO Para la fabricación de caucho sintético durante el segundo Guerra Mundial, y el 2,3-BDO fue el tiempo Biotecnología. En la década de 1950, el proceso biológico Fue sustituido por síntesis química debido a la disponibilidad De petróleo barato. En vista de las actuales limitaciones ecológicas y Presiones políticas que impulsan una producción y Debido a las rápidas ventajas de permitir que las tecnologías interesen En la producción biotecnológica de 2,3-BDO reaparecióFuertemente en los últimos años. Se prevé que Microbiana 2,3-BDO volverá a entrar en el mercado nuevamente como Plataforma química. En comparación con otros bien estudiados bioprocesos De la biotecnología industrial como el etanol, Acetona / butanol y 1,3-PDO fermentaciones la Producción microbiana de 2,3-BDO tiene el siguiente Ventajas especiales [16]:

1. 2,3-BDO es mucho menos tóxico para la producción de Microorganismos, permitiendo así un producto mucho más Concentración (Tabla 1);

2. Azúcares principales (hexosas, pentosas y ciertos disacáridos) Y ácidos urónicos derivados de los hidrolizados de Los materiales hemicelulósicos y celulósicos pueden utilizarse como sustratos;

3. La síntesis química de 2,3-BDO es más costosa Que la vía biológica y, por lo tanto, la Producción de 2,3-BDO sólo se limitaría a la Biológica.

EL DESARROLLO RECIENTE EN EL MICROBIANO PRODUCCIÓN DE 1,3-PROPANODIOL

Ingeniería de cepas de producción

En esta área, la innovadora obra de DuPont y Genencor International Inc. en el desarrollo exitoso de De una cepa recombinante de E. coli para producir 1,3-DOP De glucosa todavía representa el estado de la técnica [10]. El Recombinante en uso comercial contiene genes de Saccharomyces cerevisiae para producir glicerol a partir de glucosa Y los genes de Klebsiella pneumoniae para producir 1,3-DOP a partir de glicerol, respectivamente. Genética extensiva Ingeniería de la maquinaria celular de E. coli Emprendido. Como resultado, un alto rendimiento y producción de 1,3-DOP (Más de 130 g / l). Debido A la importancia comercial de este proceso, sin embargo, Se publicaron pequeños detalles científicos. Probablemente porque Patentamiento extensivo de Dupont y Genencor en el De glucosa a 1,3-DOP, poca investigación científica fue Hecho en la academia en los últimos años. Jin y Lee [17] informó un recombinante E. coli Delta6 mutante que Puede producir 43 g / l de 1,3-PDO a partir de glucosa en un lote alimentado Fermentación durante 60 horas. Liang et al. [18] recientemente Informó la construcción de un metabolismo inducido por estrés Vía de glucosa a 1,3-DOP en E. coli. El Enfoque es básicamente el mismo que el de Dupont Pero alcanzó una concentración de 1,3-DOP mucho menor (12,1 g / l).

Por el contrario, se han publicado muchos más estudios sobre Cepas genéticamente modificadas para la producción de 1,3-PDO de glicerol [19,20, 21-24]. Esto puede Creciente disponibilidad de glicerol barato como subproducto de Producción de biodiesel y potencialmente también como producto de desecho De la producción de bioetanol. Ingeniería metabólica De diferentes cepas con vías alteradas Con el fin de minimizar la formación de subproductos [19,20, 21, 22, 25 - 27]. Por ejemplo, Xu et al. [20] estudió Producción de 1,3-DOP en la fermentación por lotes de glicerol Por un mutante deficitario de D-lactato de una cepa aislada K. pneumoniae HR526 que originariamente produjo una alta Cantidad de lactato. Al eliminar la codificación del gen ldhA La D-lactato deshidrogenasa, la cepa mutante producida Hasta 102 g de 1,3-DOP / L con un rendimiento de 0,52 mol / mol y una productividad de 2,13 g / l horas. La inhibición De alta concentración de 1,3-DOP o su intermedio (Hidroxi propinaldehído, 3HPA) fue el objetivo de Otros esfuerzos de ingeniería de deformación. Otte et al. [19] utilizado para Ejemplo genoma barajar para seleccionar superior Clostridium Diolis con 1,3-DOP mejorado y ácido orgánico tolerancia.

El suministro y la regeneración del cofactor NADH2 son Esencial para lograr un alto rendimiento y concentración de 1,3-DOP. Resolver el dilema del equilibrio redox fue en parte Logrado por la sobreexpresión de NAD +-dependiente Aldehído deshidrogenasa en un recombinante de K. pneumoniae Cepa [21]. De este modo, una regeneración suficiente del NADH2 se mantuvo. De hecho, la fermentación por lotes Utilizando esta cepa recombinante mostró una significativa Aumento (70% p / p) en la conversión de glicerol en el Metabolitos reductivos, sin producción de subproductos Excepto acetato [21, 24]. En este contexto, el trabajo de Ma Et al. [28] valía la pena mencionar. Los autores aplicaron un Enfoque de diseño de proteína racional para relajar la coenzima Especificidad de 1,3-propanodiol oxidorreductasa para que pueda Utilice NADH2 y NADPH2 para la producción de 1,3-PDO.

De esta manera, el NADPH _ {2} a partir del fosfato de pentosa (PPP) y el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) Pueden utilizarse para la producción de 1,3-DOP, aumentando El rendimiento máximo del producto. En una etapa de mejora adicional Hacia un proceso más rentable, Tang et al. [29] Diseñó una cepa de E. coli que producía la forma 13-PDO Glicerol pero sin la adición de un valor exógeno Vitamina B12 química. En su célula de dos etapas de alta Densidad, una alta concentración de 1,3- Se obtuvo PDO (104 g / l) a partir de glicerol.

PROCESO DE FERMENTACIÓN

Producción de sustrato y producto

Para la producción microbiana de 1,3-DOP a partir de glucosa o Glicerol técnico que los costes del sustrato pueden Aproximadamente la mitad de los costes de producción totales. Para reducir Los costos para el sustrato dos estrategias pueden ser seguidas: Uso de sustrato más barato o aumento del rendimiento del producto. Los precios tanto de la glucosa como del glicerol técnico Aumentaron en los últimos años y están bajo fuertes fluctuaciones.

Un atractivo substrato de bajo costo es el crudo no purificado Glicerol de la producción de biodiesel. Aunque esto Ha demostrado ser factible previamente en muchos casos, Varios estudios sistemáticos más recientes demostraron que la Diversas