2,3- бутандиол брожение является анаэробной ферментацией из глюкозы с 2,3-бутандиолом в качестве одного из конечных продуктов. Общая стехиометрия реакции составляет
Ферментация бутандиола типична для факультативных анаэробов Klebsiella и Enterobacter [1] и проверена с помощью теста Фогеса – Проскауэра (VP). Можно использовать и другие альтернативные штаммы, о которых подробно рассказывается 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 ингибирующий, чем другие продукты частичного окисления, и не снижает pH так сильно, как смешанный. кислоты.
Бутандиол можно использовать для многих важных промышленных применений, включая антифризы, пищевые добавки, антисептики и фармацевтические препараты. Он также производится естественным образом в различных местах окружающей среды.
Сравнение со смешанным кислотным брожением
2,3-бутандиоловая ферментация дает меньшее количество кислоты, чем смешанная кислотная ферментация , и бутандиол, этанол , CO 2 и H 2 являются конечными продуктами. В то время как равные количества CO 2 и H 2 образуются во время смешанной кислотной ферментации, бутандиоловая ферментация производит более чем в два раза больше CO 2, поскольку газы производятся не только формиат-гидридлиазой, как при смешанной кислотной ферментации.
2,3-Бутандиол продуцируется на разных уровнях при аэрированных ферментациях, пока уровень растворенного кислорода ограничен (т.е. культура пытается потреблять больше кислорода, чем доступно). Степень ограничения кислорода определяет соотношение 2,3-бутандиола к производимым побочным продуктам [2]
Бутандиол свойства
Бутандиол обладает различными свойствами, которые способствуют его многочисленным промышленным применениям и влияют на то, как он обрабатывается во время производства. Бутандиол - жидкость без запаха и цвета. Он имеет высокую температуру кипения, 180-184 ° C, что может повлиять на последующие процессы и вызвать проблемы при извлечении ферментированной суспензии. Он также имеет низкую температуру замерзания, что позволяет использовать его в промышленных целях. [3]
Промышленное применение
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 как антифриз. Путем 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 пенополиуретана. Их можно использовать в различных областях, в том числе в фармацевтике, косметике, лосьонах, мазях и антиперспирантах. Сам бутандиол даже находит применение в фармацевтической промышленности в качестве носителя лекарств. [3]
Природные явления
2,3-бутандиол может производиться естественным путем в различных местах окружающей среды. Несколько мест - сладкая кукуруза, ферментированный соевый творог, цельное и молотое зерно, гнилые мидии, а также во время ферментации фруктов и зерен. [4]
Альтернативные штаммы бактерий
Использование мезофильных бактерий требует, чтобы процесс ферментации происходил при температуре ниже 40 ° C, что может вызвать бактериальное заражение из-за низкой температуры. В промышленном масштабе для этого требуются этапы стерилизации, а это означает, что необходимо построить специальное предприятие, для выполнения этого дополнительного этапа требуется больше сотрудников и на предприятии потребляется больше энергии. Было показано, что новый аэробный штамм Geobacillus XT15 продуцирует 2,3-бутандиол при температуре 45-55 ° C. Эта более высокая температура позволит избежать риска заражения, поскольку микроорганизмы, живущие в нормальных условиях, не могут воспроизводиться при температуре выше 45 ° C. Geobacillus штамм XT15 является theromophilic , что позволяет ему иметь возможность работать ферментацию при этой высокой температуре. Стерилизация не требуется при использовании этого альтернативного штамма, что делает производственный процесс более эффективным и рентабельным. [5]
Рекомендации
- ^ Geckil H, Barak Z, Чипмэн DM, Erenler SO, Webster Д.А., Старк BC (октябрь 2004). «Повышенное производство ацетоина и бутандиола в рекомбинантных аэрогенах Enterobacter, несущих ген гемоглобина Vitreoscilla». Биопроцессы и инженерия биосистем . 26 (5): 325–30. DOI : 10.1007 / s00449-004-0373-1 . PMID 15309606 .
- ^ Янсен Н.Б., Flickinger MC, Tsao GT (апрель 1984 г.). «Производство 2,3-бутандиола из D-ксилозы с помощью Klebsiella oxytoca ATCC 8724». Биотехнология и биоинженерия . 26 (4): 362–9. DOI : 10.1002 / bit.260260411 . PMID 18553303 .
- ^ а б Гарг С.К., Джайн А. (январь 1995 г.). «Ферментативное производство 2,3-бутандиола: обзор». Биоресурсные технологии . 51 (2–3): 103–109. DOI : 10.1016 / 0960-8524 (94) 00136-о .
- ^ PubChem. «2,3-Бутандиол» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 15 мая 2020 .
- ^ Сяо З, Ван Х, Хуан И, Хо Ф, Чжу Х, Си Л., Лу Дж. Р. (декабрь 2012 г.). «Термофильная ферментация ацетоина и 2,3-бутандиола новым штаммом Geobacillus» . Биотехнология для биотоплива . 5 (1): 88. DOI : 10,1186 / 1754-6834-5-88 . PMC 3538569 . PMID 23217110 .
дальнейшее чтение
- Мэдиган М, Мартинко Дж (2006). Биология микроорганизмов Брока (11-е изд.). Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. С. 351–355.
Внешние ссылки
- «Суперпути биосинтеза (R, R) -бутандиола» . База данных BioCyc .