Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Production de produits chimiques par Published: June 29, 2017 doi: 10.3791/55828

Summary

La poudre de bambou a été prétraitée avec NaOH et hydrolysée enzymatiquement. L'hydrolysat de bambou a été utilisé comme matière première pour l'acide 2,3-butanediol, l'acide R- acétole, l'acide 2-cétogluconique et l'acide xylonique par Klebsiella pneumoniae .

Abstract

Le bambou est une biomasse importante et l'hydrolysat de bambou est utilisé par Klebsiella pneumoniae comme matière première pour la production chimique. Ici, la poudre de bambou a été prétraitée avec du NaOH et lavée à un pH neutre. La cellulase a été ajoutée à la poudre de bambou prétraitée pour générer l'hydrolysat, qui contenait 30 g / L de glucose et 15 g / L de xylose et a été utilisé comme source de carbone pour préparer un milieu pour la production chimique. Lorsqu'il a été cultivé dans des conditions de microaérobie, 12,7 g / L de 2,3-butanediol a été produit par le type sauvage K. pneumoniae . Dans les conditions aérobies, 13,0 g / L de R- acetine a été produite par le mutant BudC de K. pneumoniae . Un mélange de 25,5 g / L d'acide 2-cétogluconique et 13,6 g / L d'acide xylonique a été produit par le mutant BudA de K. pneumoniae dans une fermentation à deux étapes et contrôlée par le pH avec une supplémentation en air élevée. Dans la première étape de fermentation, la culture a été maintenue à un pH neutre; Après la croissance cellulaire, la fermentatioN a procédé à la deuxième étape, au cours de laquelle la culture a été autorisée à devenir acide.

Introduction

Klebsiella pneumoniae est une bactérie qui pousse bien dans des conditions aérobies et anaérobies. K. pneumoniae est un important microorganisme industriel utilisé pour produire de nombreux produits chimiques. Le 1,3-propanediol est un produit chimique précieux qui est principalement utilisé comme monomère pour synthétiser le téréphtalate de polytriméthylène. Le téréphtalate de polytriméthylène est un polyester biodégradable qui présente de meilleures propriétés que celles du 1,2-propanediol, du butanediol ou de l'éthylène glycol 1 . Le 1,3-propanediol est produit par K. pneumoniae en utilisant du glycérol comme substrat dans des conditions à limitation d'oxygène 2 . Le 2,3-butanediol et ses dérivés ont des applications dans le domaine des plastiques, de la production de solvants et du caoutchouc synthétique et peuvent être utilisés comme biocarburant 3 . Avec le glucose comme substrat, le 2,3-butanediol est le principal métabolite de la souche 4 de type sauvage. Le 2,3-butanediol est synthesiséÀ partir du pyruvate. Tout d'abord, deux molécules de pyruvate se condensent pour donner de l'α-acétonactate; Cette réaction est catalysée par l'α-acétolactate synthase. L'α-acétonactate est ensuite converti en acétoïne par l'α-acétonactate décarboxylase. La R- acétone peut encore être réduite en 2,3-butanediol lorsqu'il est catalysé par la butanediol déshydrogénase. Une méthode efficace de remplacement des gènes appropriée pour K. pneumoniae a été explorée et de nombreux mutants ont été construits 5 , 6 , 7 . Un mutant BudC , qui a perdu son activité 2,3-butanediol déshydrogénase, accumule des niveaux élevés d'acétomin dans un bouillon de culture. L'acétone est utilisée comme additif pour améliorer la saveur des aliments 8 . Lorsque BudA , qui code pour l'α-acétonactate décarboxylase, est muté, l'acide 2-cétogluconique s'accumule dans le bouillon. L'acide 2-cétogluconique est utilisé pour la synthèse de l'acide érythorbique (acide isoascorbique), Un antioxydant utilisé dans l'industrie alimentaire 9 . L'acide 2-cétogluconique est un intermédiaire de la voie d'oxydation du glucose; Dans cette voie, située dans l'espace périplasmique, le glucose est oxydé à l'acide gluconique et ensuite oxydé à l'acide 2-cétogluconique. L'acide glucique et l'acide 2-kétogluconique produits dans le périplasme peuvent être transportés vers le cytoplasme pour un métabolisme supplémentaire. L'accumulation d'acide 2-kétogluconique dépend de conditions acides et une supplémentation en air plus élevée favorise la production d'acide 2-kétogluconique 10 . Gluconate déshydrogénase, codée par gad , Catalyse la conversion de l'acide gluconique en acide 2-cétolguconique. Le mutant gad de K. pneumoniae a produit des niveaux élevés d'acide gluconique à la place de l'acide 2-cétogluconique, et ce processus dépend également des conditions acides. L'acide glucique est un acide organique en vrac et est utilisé comme additif pour augmenter les propriétés du ciment 11. L'oxydation du glucose dans l'acide gluconique est catalysée par la glucose déshydrogénase. Le xylose est également un substrat approprié de glucose déshydrogénase. Lorsque le xylose est utilisé comme substrat, K. pneumoniae produit de l'acide xylonique 12 .

La production chimique utilisant de la biomasse comme matière première est un sujet brûlant dans la biotechnologie 13 . Les principaux composants de la biomasse sont la cellulose, l'hémicellulose et la lignine. Cependant, ces composés macromoléculaires ne peuvent pas être catabolisés directement par la plupart des microorganismes (y compris K. pneumoniae ). La cellulose et les hémicelluloses dans la biomasse doivent être hydrolysées au glucose et au xylose et peuvent ensuite être utilisées par des microorganismes. La présence de lignine dans les lignocelluloses crée une barrière protectrice qui empêche l'hydrolyse de la biomasse par des enzymes. Ainsi, un processus de prétraitement qui élimine la lignine et les hémicelluloses et réduit la cristallinité de la cellulose est toujours effectué lors de l'utilisation de la biomasse par le microLes roorganismes. De nombreuses méthodes de prétraitement ont été développées: les prétraites acides, alcalines, à l'ammoniac et à la vapeur sont courantes.

Le bambou est abondant dans les régions tropicales et subtropicales et constitue une ressource biomasse importante. Ici, la préparation de l'hydrolysat de bambou et la production chimique à l'aide d'hydrolysat de bambou sont présentés

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Préparation de l'hydrolysat de bambou

  1. Ajouter 5 g de poudre de bambou à 40 ml d'une solution de NaOH pour obtenir une concentration finale de 10% (g / g) dans un ballon de 250 ml. Utilisez une série de solutions de NaOH allant de 0,05 M à 0,50 M par incréments de 0,05 M.
    1. Incuber le mélange pendant 60 minutes à 60 ° C ou 100 ° C dans un bain d'eau. Incuber à 121 ° C dans un autoclave.
  2. Après incubation, laisser le mélange reposer pendant 4 h à température ambiante. Ensuite, retirer le surnageant. Ajouter 100 ml d'eau douce et mélanger.
    1. Répétez ce lavage 5-6 fois, jusqu'à ce que le pH du surnageant atteigne 6,8. Utiliser le solide obtenu pour l'étape suivante d'hydrolyse enzymatique.
  3. Pour l'hydrolyse, ajuster 50 ml du mélange ci-dessus à pH 5,0 en utilisant 98% de H 2 SO 4 . Ensuite, ajouter 0,5 mL d'une activité de papier filtre 200 (FPU) / mL de cellulase.
    NOTE: Le rapport final de la cellulase au bambou shSoit 20 FPU pour 1 g de bambou.
  4. Incuber le mélange à 50 ° C pendant 36 h dans un agitateur.
    REMARQUE: Après l'hydrolyse, certains solides resteront dans le mélange.
  5. Obtenir un hydrolysat clair par centrifugation à 7 690 xg pendant 5 min.
  6. Quantifier le glucose, le xylose et d'autres produits chimiques avec un système de chromatographie liquide haute pression équipé d'un détecteur d'indice de réfraction et d'un détecteur de matrice de photodiode. Utiliser une colonne HPX-87H (300 mm x 7,8 mm) et une phase mobile de solution 5 mM de H 2 SO 4 à un débit de 0,8 mL / min 12 .
  7. Pour un grand volume de préparation d'hydrolysat, mélanger 2 kg de poudre de bambou et 18 L de NaOH 0,25 M dans un réservoir en acier inoxydable de 30 L.
    1. Incuber le réservoir à 121 ° C dans un autoclave pendant 60 min. Après incubation, laver le mélange avec 40 L d'eau dans un réservoir en plastique de 60 L. Répétez ce lavage 5 fois.
    2. Utilisez de l'eau pour ajuster le bambou total lavé à un volume de 20 L.Ajuster le pH du mélange à 5,0 en utilisant 98% de H 2 SO 4 .
    3. Hydrolysez enzymatiquement le mélange dans un bain d'eau secoué modifié, équipé d'un agitateur mécanique pour s'assurer que le mélange est bien réparti. Ajouter 200 ml de cellulase 200 FPU / mL et incuber le mélange à 50 ° C pendant 36 h.
    4. Après hydrolyse, centrifuger le mélange à 4 700 xg pendant 10 min.

2. Production de 2,3-butanediol par Wildtype K. pneumoniae

  1. Utiliser 3 L d'hydrolysat de bambou comme solvant pour une préparation moyenne.
  2. Préparer un milieu de fermentation contenant une liqueur abrupte de maïs de 4 g / L, 2 g / L (NH 4 ) 2 SO 4 , 6 g / LK 2 HPO 4 , 3 g / L KH 2 PO 4 et 0,2 g / L de MgSO 4 . Ajuster le pH du milieu au neutre en utilisant du NaOH 2,5 M. Utilisez un bioréacteur de 5 L contenant 3 L de milieu de fermentation autoclavé pour la fermentation.
  3. Utiliser K. pneumoniaeCellules stockées dans un réfrigérateur à température basse de -80 ° C.
  4. Pour la culture des semences, incuber un flacon de 250 ml contenant 50 ml de milieu Luria-Bertani (LB) pendant une nuit à 37 ° C, en agitant à 200 tr / min. Utilisez un milieu LB contenant 10 g / L de tryptone, 5 g / L d'extrait de levure et 10 g / L de NaCl.
    NOTE: La densité cellulaire de la culture de graines doit atteindre OD 2 (densité optique à 600 nm).
  5. Inoculer un flacon de 50 ml de la culture de graines dans le bioréacteur. Maintenir la culture à pH 6,0 et 37 ° C. Utilisez un taux de supplémentation en air de 2 L / min et un taux d'agitation de 250 tr / min, ce qui crée un état microaérobie.
  6. Recueillir 5 mL d'échantillons toutes les 2 h pendant la fermentation et les analyser avec une Chromatographie liquide haute pression pour déterminer les concentrations chimiques dans le bouillon 4 .
    1. Surveillez l'alcali ajouté au bioréacteur en ligne en utilisant MFCS / DA.
      NOTE: Les acides organiques sont produits dans le processus de fermentation, unEt on ajoute du NaOH pour maintenir le pH de la culture stable. Le volume d'alcalin ajouté représente la quantité d'acide produite. Lorsque les plateaux de lignes alcalines, le processus est terminé, soit en raison de l'épuisement de la source de carbone, soit de la mort cellulaire.

3. Production de R- acétone par le mutant BudC de K. pneumoniae

  1. Préparer un milieu pour la production d'acétogène contenant une liqueur abrupte de maïs de 4 g / L, 2 g / L (NH 4 ) 2 SO 4 , 3 g / L d'acétate de sodium, 0,4 g / L de KCl et 0,1 g / L de MgSO 4 .
  2. Utilisez K. pneumoniae-ΔbudC pour la production de R- acétone. Répétez les étapes 2.4-2.5.
    NOTE: BudC code pour la 2,3-butanediol déshydrogénase. K. pneumoniae-ΔbudC perd l'activité 2,3-butanediol déshydrogénase et produit de la R- acétone au lieu du 2,3-butanediol.
  3. Maintenir la culture à pH 6,0 et 37 ° C. Utiliser un taux de supplémentation en air de 4 L / min et un agitatioN vitesse de 450 tr / min, condition aérobie.
    NOTE: La supplémentation en oxygène est supérieure à celle de la production de 2,3-butanediol.
  4. Analyser les échantillons comme à l'étape 2.6.

4. Production d'acide 2-Ketogluconique par le budA Mutant de K. pneumoniae

  1. Pour la production d'acide 2-kétogluconique, utilisez le même milieu que pour la production de R- acétone.
  2. Utiliser K. pneumoniae-ΔbudA pour la production d'acide 2- kétogluconique . Répétez les étapes 2.4-2.5.
    NOTE: BudA code pour l'α-acétonactate décarboxylase. K. pneumoniae-ΔbudA perd l'activité α-acetolactate décarboxylase et produit de l'acide 2-cétogluconique, en utilisant du glucose comme substrat.
    REMARQUE: la synthèse de l'acide 2-kétogluconique est un procédé conforme à la condition acide. Une fermentation en deux étapes a été développée pour la production d'acide 2-kétogluconique 10 ; Dans la première étape, la culture de graines est inoculée dans le bioréacteur.
  3. REMARQUE: Dans ces conditions, les cellules augmentent très rapidement (la densité cellulaire atteint la DO 7 en environ 4 h). Ensuite, la fermentation progresse à la deuxième étape, au cours de laquelle le pH de la culture diminue à 5,0. Aucun acide n'est ajouté; Les acides organiques produits dans la culture conduisent naturellement à la diminution du pH. Dans ces conditions acides, la croissance cellulaire s'arrête, mais l'acide 2-cétogluconique est synthétisé et s'accumule dans le bouillon.
  4. Analyser les échantillons comme à l'étape 2.6. Utilisation de l'hydrolysat de bambou comme source de carbone.
    NOTE: Le glucose dans le milieu est converti en acide 2-kétogluconique et le xylose est converti en acide xylonique. Ainsi, on obtient un mélange d'acide 2-kétogluconique et d'acide xylonique.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Dans ce protocole, le bambou a été prétraité à l'aide d'un alcali. Les paramètres d'incubation optimaux - une température de 121 ° C et 0,25 M de NaOH - ont été déterminés sur les figures 1 et 2 . Le bambou prétraité a été hydrolyse enzymatiquement et les concentrations de glucose et de xylose obtenues dans l'hydrolysat ont été mesurées. Des températures plus élevées ont favorisé la production de sucre, donc 121 ° C a été choisi comme température optimale. Le glucose et le xylose produits dans l'hydrolysat ont augmenté avec une concentration de NaOH dans la gamme de 0,05 à 0,25 M. Des augmentations supplémentaires de la concentration de NaOH n'ont eu aucun effet positif sur la production de sucre. Ainsi, le NaOH à 0,25 M a été choisi comme concentration optimale.

Figure 1
Figure 1: L'effet de la température de prétraitement sur le glucose et le xylose avecConcentration en hydrolysat de bambou. Colonne rouge: glucose; Colonne bleue: xylose. Des températures plus élevées ont favorisé la production de sucre et 121 ° C ont été sélectionnés pour la préparation d'hydrolysat à gros volumes. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2
Figure 2: L'effet de la concentration de NaOH utilisée pendant le prétraitement sur la concentration de glucose et de xylose dans l'hydrolysat de bambou. Ligne rouge: glucose; Ligne bleue: xylose. Le glucose et le xylose produits dans l'hydrolysat ont augmenté avec une concentration de NaOH dans la plage de 0,05-0,50 M et 0,25 M ont été sélectionnés pour la préparation d'hydrolysat à gros volumes. Cliquez sur luiRe à voir une version plus grande de ce chiffre.

Environ 20 g / L de glucose et 10 g / L de xylose ont été produits pendant l'hydrolysat dans l'hydrolyse enzymatique à l'échelle du ballon; 30 g / L de glucose et 15 g / L de xylose ont été obtenus à partir de la préparation d'hydrolysat à volume élevé. Ceci a été dû au fait que la préparation en grand volume a été effectuée dans un agitateur de bain à eau libre et que de l'eau a été évaporée dans le processus, ce qui a conduit à la concentration de l'hydrolysat. Le glucose et le xylose dans l'hydrolysat de bambou ont été utilisés par K. pneumoniae comme sources de carbone pour la production chimique. D'autres composés dans l'hydrolysat étaient: cellobiose (1,4 g / L), arabinose (8,9 g / L), acide acétique (1,9 g / L) et acide formique (0,2 g / L).

Le 2,3-butanediol a été produit par K. pneumoniae dans des conditions microaérobies ( figure 3 ). Le processus a été divisé en deux périodes. Dans le fAu début, le glucose a été utilisé par les cellules pour produire 7,6 g / L de 2,3-butanediol, tandis que le niveau de xylose dans le bouillon est resté inchangé. Le glucose a été épuisé à 8 h, et cette fois-ci a marqué le passage à la période suivante. Dans la deuxième période, le xylose dans le bouillon a été utilisé par les cellules, et un additionnel de 3,15 g / L de 2,3-butanediol a été produit. La production de 2,3-butanediol a été plus lente dans la deuxième période. À la fin du processus, un total de 12,7 g / L de 2,3-butanediol avait été produit. Les dérivés de ce procédé étaient l'acide lactique, l'acide acétique et l'éthanol. L'acide lactique et l'éthanol ont été synthétisés principalement dans la première période (lorsque le glucose a été utilisé comme source de carbone) et l'acide acétique a été synthétisé en continu.

figure 3
Figure 3: production de 2,3-butanediol à l'aide d'hydrolysat de bambou en tant que matière première. Ligne rouge: glucose; Ligne bleue: xylose; MaLigne de genta: 2,3-butanediol; Ligne orange: acide lactique; Ligne noire: acide acétique; Ligne verte: éthanol. Le glucose et le xylose dans l'hydrolysat ont tous deux été utilisés pour la synthèse de 2,3-butanediol, mais le glucose a d'abord été utilisé, suivi du xylose. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

La R- acétoïne a été produite par le mutant BudC de K. pneumoniae dans des conditions aérobies ( figure 4 ). Comme dans la production de 2,3-butanediol par la souche de type sauvage, le glucose et ensuite le xylose ont été utilisés en séquence par K. pneumoniae-ΔbudC . Le xylose a été épuisé à 16 h, et le taux de consommation était plus rapide que celui de la production de 2,3-butanediol par le type sauvage. La production de R- acetoin était de 13 g / L à la fin du processus, et les sous-produits étaient le 2,3-butanediol, l'acide acétique et le eThanol.

Figure 4
Figure 4: Production de R- acétone à l'aide d'hydrolysat de bambou comme matière première. Ligne rouge: glucose; Ligne bleue: xylose; Ligne violette: acétoïne; Ligne magenta: 2,3-butanediol; Ligne noire: acide acétique; Ligne verte: éthanol. Le glucose et le xylose dans l'hydrolysat étaient tous deux utilisés pour la synthèse de R- acétone, et leur utilisation était en séquence. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

L'acide 2-kétogluconique et l'acide xylonique ont été produits par le mutant budA de K. pneumoniae ( figure 5 ). Ce processus nécessitait un supplément d'air élevé. Le glucose dans le milieu a d'abord été converti en gluconIc acide, qui s'est accumulé dans le bouillon. L'acide gluconique a atteint un niveau maximal de 15 g / L à 8 h de culture, et après cela, sa concentration a diminué. Aucun acide 2-cétogluconique n'a été produit jusqu'à 6 h dans la culture. Il a ensuite été synthétisé à un taux élevé, et l'acide 25 g / L 2-ketogluconc a été produit à la fin du processus. Le xylose dans le milieu a été converti en acide xylonique; Cette réaction a commencé plus tard que la conversion du glucose en acide gluconique. Un peu d'acide acétique a été produit comme sous-produit pendant le processus.

Figure 5
Figure 5: acide acide 2-kétogluconique et production d'acide xylonique en utilisant l'hydrolysat de bambou comme matière première. Ligne rouge: glucose; Ligne orange: acide gluconique; Ligne magenta: acide 2-kétogluconique; Ligne bleue: xylose; Ligne noire: acide acétique; Ligne verte: éthanol. Le glucose dans l'hydrolysat a été converti en acide gluconiqueEt a été converti en acide 2-kétogluconique. Le xylose dans l'hydrolysat a été converti en acide xylonique. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

K. pneumoniae appartient au genre Klebsiella dans la famille des Enterobacteriaceae . K. pneumoniae est largement distribué dans des milieux naturels comme le sol, la végétation et l'eau 14 . La souche sauvage de K. pneumoniae utilisée dans cette recherche a été isolée du sol et utilisée pour la production de 1,3-propanediol 15 . K. pneumoniae et les mutants de cette espèce produisent de nombreux produits chimiques dans des conditions différentes.

La culture du pH et de la supplémentation en air sont des facteurs clés qui affectent la production chimique de K. pneumoniae . Wildtype K. pneumoniae produit du 2,3-butanediol comme catabolite principale à pH 6. Cependant, l'acide 2-cétogluconique change au catabolite principal lorsqu'il est cultivé à pH 5 ou inférieur 9 . L'augmentation du supplément d'air diminue la synthèse de 2,3-butanediol, tandis que la synthèse de la R- acétone est améliorée 8 et al. 16 , qui est facile à réaliser en laboratoire, en particulier sur l'échelle du litre.

Des températures de prétraitement plus élevées favorisent la production de sucre lors de l'hydrolyse enzymatique. Le traitement à ≤ 100 ° C a été effectué dans un bain d'eau et à 121 ° C dans un autoclave. Ces deux équipements sont communs dans les laboratoires, et plusieurs litres de liquide ont été traités dans chaque lot. Des températures plus élevées nécessitent des réacteurs haute pression. Par exemple, notre laboratoire possède des réacteurs haute pression de 50 ml et 1 L, mais les volumes de ces réacteurs limitent leur utilisation pendant les prétraitement de la biomasse.

La préparation d'hydrolysat de bambou présentée dans cette recherche était facile à réaliser dans des flacons. Cependant, lorsqu'ils ont été réalisés en grand volume, des taux inférieurs de glucose et de xylose ont parfois été obtenus. Le mélange d'hydrolyse doit être bien réparti. La précipitation de la biomasse entraînerait des niveaux d'hydrolyse plus faibles.

Contrairement au glucose pur et au xylose, l'hydrolysat de biomasse est contaminé par de nombreux produits chimiques toxiques qui pourraient inhiber la croissance des microorganismes. De nombreuses méthodes ont été développées pour éliminer ces inhibiteurs, mais elles augmentent les coûts des procédés et tendent à réduire les rendements de sucre 17 . Dans cette recherche, aucun travail spécial n'a été effectué pour éliminer les inhibiteurs. En utilisant l'hydrolysat de bambou généré dans ce travail en tant que matière première, la productivité (0,95 g / Lh) et le taux de conversion (0,25 g / g) de glucose au 2,3-butanediol au cours de la première étape, lorsque le glucose a été consommé, étaient plus faibles Que lorsque le glucose purifié a été utilisé comme source de carbone, rapporté précédemment (1,4 g / Lh et 0,3 g / gm, respectivement) 4 . La productivité de 2,3-butanedPendant la deuxième étape, lorsque le xylose a été consommé, a été plus lent que dans la première étape. Cependant, le rapport de conversion du xylose au 2,3-butanediol a atteint 0,34 g / g, ce qui était plus élevé que lorsque le glucose purifié était utilisé comme source de carbone 4 . La production de R- acétone à l'aide de l'hydrolysat de bambou en tant que matière première a eu des rapports de productivité et de conversion du substrat de 0,92 g / Lh et 0,29 g / g, respectivement. Ces deux rapports étaient inférieurs à ceux du glucose purifié utilisé comme substrat (1,7 g / Lh et 0,34 g / g, respectivement) 8 . La productivité et le taux de conversion de l'acide 2-cétogluconique dans cette étude étaient respectivement de 2,3 g / Lh et 0,91 g / g, plus faible que le glucose purifié utilisé comme source de carbone (4,2 g / Lh et 1 g / g respectivement ) 10 .

Le xylose est le deuxième sucre le plus abondant après la glycémie. Contrairement au glucose, le xylose n'est pas facilement utilisé par la plupart des microorganismes. Dans ce poteauY, le xylose a été totalement consommé par K. pneumoniae pour la production chimique. Le 2,3-butanediol, l'acide R- acétone, l'acide 2-kétogluconique et l'acide xylonique sont tous des produits chimiques précieux, et leurs procédés de production varient d'un état microaérobie à des conditions hautement aérobies. Les résultats de la fermentation indiquent ici que les sucres dans l'hydrolysat de bambou sont des sources de carbone appropriées pour la croissance de K. pneumoniae et la production chimique dans différentes conditions.

L'utilisation de l'hydrolysat de biomasse comme matière première est une méthode prometteuse pour la production chimique. Cependant, il existe encore de nombreuses lacunes qui doivent être surmontées, telles que la grande quantité d'eau nécessaire pour laver la biomasse prétraitée et le temps nécessaire pour l'hydrolyse enzymatique.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Les auteurs n'ont rien à dévoiler.

Acknowledgments

Ce travail a été soutenu par la National Natural Science Foundation of China (Grant No. 21576279, 20906076) et le KRIBB Research Initiative Program (KGM2211531).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
autoclave SANYO 3780
bioreactor Sartorius stedim biotech Bostat Aplus
agitator IKA RW 20
water bath shaker Zhicheng ZWY-110X50
high performance liquid chromatograph system Shimadzu Corp 20AVP
centrifuge Hitachi CR22G III
Bamboo powder purchased from Zhejiang Province, China mesh number, 50
cellulase Youtell Biochemical, Shandong, China 200 PFU/mL

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Zeng, A. P., Biebl, H. Bulk chemicals from biotechnology: the case of 1, 3-propanediol production and the new trends. Adv Biochem Eng Biotechnol. 74, 239-259 (2002).
  2. Wei, D., Wang, M., Jiang, B., Shi, J., Hao, J. Role of dihydroxyacetone kinases I and II in the dha regulon of Klebsiella pneumoniae. J Biotechnol. 177, 13-19 (2014).
  3. Celińska, E., Grajek, W. Biotechnological production of 2,3-butanediol-current state and prospects. Biotechnol Adv. 27 (6), 715-725 (2009).
  4. Chen, C., Wei, D., Shi, J., Wang, M., Hao, J. Mechanism of 2, 3-butanediol stereoisomer formation in Klebsiella pneumoniae. Appl Microbiol Biotechnol. 98 (10), 4603-4613 (2014).
  5. Wei, D., Wang, M., Shi, J., Hao, J. Red recombinase assisted gene replacement in Klebsiella pneumoniae. J Ind Microbiol Biotechnol. 39 (8), 1219-1226 (2012).
  6. Wei, D., Sun, J., Shi, J., Liu, P., Hao, J. New strategy to improve efficiency for gene replacement in Klebsiella pneumoniae. J Ind Microbiol Biotechnol. 40 (5), 523-527 (2013).
  7. Chen, C., et al. Inhibition of RecBCD in Klebsiella pneumoniae by Gam and its effect on the efficiency of gene replacement. J Basic Microbiol. 56 (2), 120-126 (2016).
  8. Wang, D., et al. R-acetoin accumulation and dissimilation in Klebsiella pneumoniae. J Ind Microbiol Biotechnol. 42 (8), 1105-1115 (2015).
  9. Wei, D., Xu, J., Sun, J., Shi, J., Hao, J. 2-Ketogluconic acid production by Klebsiella pneumoniae CGMCC 1.6366. J Ind Microbiol Biotechnol. 40 (6), 561-570 (2013).
  10. Sun, Y., et al. Two-stage fermentation for 2-ketogluconic acid production by Klebsiella pneumoniae. J Microbiol Biotechnol. 24 (6), 781-787 (2014).
  11. Wang, D., et al. Gluconic acid production by gad mutant of Klebsiella pneumoniae. World J Microbiol Biotechnol. 32 (8), 1-11 (2016).
  12. Wang, C., et al. Production of xylonic acid by Klebsiella pneumoniae. Appl Microbiol Biotechnol. 100 (23), 10055-10063 (2016).
  13. Kumar, P., Barrett, D. M., Delwiche, M. J., Stroeve, P. Methods for pretreatment of lignocellulosic biomass for efficient hydrolysis and biofuel production. Ind Eng Chem Res. 48 (8), 3713-3729 (2009).
  14. Brisse, S., Grimont, F., Grimont, P. A. The genus Klebsiella. The Prokaryotes. , Springer. 159-196 (2006).
  15. Hao, J., Lin, R., Zheng, Z., Liu, H., Liu, D. Isolation and characterization of microorganisms able to produce 1, 3-propanediol under aerobic conditions. World J Microbiol Biotechnol. 24 (9), 1731-1740 (2008).
  16. Hong, E., et al. Optimization of alkaline pretreatment on corn stover for enhanced production of 1.3-propanediol and 2, 3-butanediol by Klebsiella pneumoniae AJ4. Biomass Bioenerg. 77, 177-185 (2015).
  17. Pienkos, P. T., Zhang, M. Role of pretreatment and conditioning processes on toxicity of lignocellulosic biomass hydrolysates. Cellulose. 16 (4), 743-762 (2009).

Tags

Bioengineering acétomin bambou 2,3-butanediol acide gluconique acide 2-kétogluconique, Acide xylonique.
Production de produits chimiques par<em&gt; Klebsiella pneumoniae</em&gt; Utilisation de l&#39;hydrolysat de bambou comme matière première
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wei, D., Gu, J., Zhang, Z., Wang,More

Wei, D., Gu, J., Zhang, Z., Wang, C., Wang, D., Kim, C. H., Jiang, B., Shi, J., Hao, J. Production of Chemicals by Klebsiella pneumoniae Using Bamboo Hydrolysate as Feedstock. J. Vis. Exp. (124), e55828, doi:10.3791/55828 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter