Summary
אבקת במבוק היה prereated עם NaOH ו hydrolyzed אנזימטית. הידרוליזה של במבוק שימש כחומר גלם עבור 2,3-butanediol, R -acetoin, 2-ketogluconic חומצה, וייצור חומצה קילונית ידי דלקת ריאות Klebsiella .
Abstract
במבוק הוא ביומסה חשובה, ו hydrolyzate במבוק משמש דלקת ריאות Klebsiella כחומר גלם לייצור כימי. כאן, אבקת במבוק היה pretreated עם NaOH ושטף ל pH ניטרלי. Cellulase נוספה אבקת במבוק precreated כדי לייצר את הידרוליזה, אשר הכיל 30 גרם / L גלוקוז ו 15 גרם / קסילוז L שימש כמקור פחמן להכין מדיום לייצור כימי. כאשר מתורבת בתנאים microaerobic, 12.7 גרם / L 2,3-butanediol הופק על ידי wildtype K. דלקת ריאות . בתנאים אירוביים, 13.0 גרם / L R -acetoin הופק על ידי מוטציה budC של K. דלקת ריאות . תערובת של 25.5 גר '/ L 2-ketogluconic חומצה ו 13.6 גרם / L חומצה xylonic הופק על ידי מוטציה budA של K. Pneumoniae ב שני שלבים, תדר מבוקרת pH עם תוספת אוויר גבוהה. בשלב הראשון של התסיסה, התרבות נשמרה ב pH ניטרלי; לאחר גידול התאים, הפרמנטציהN המשיך לשלב השני, שבמהלכו הורשתה התרבות להיות חומצית.
Introduction
דלקת ריאות של Klebsiella הוא חיידק שגדל היטב גם בתנאים אירוביים וגם אנאירוביים. K. Pneumoniae הוא מיקרואורגניזם תעשייתי חשוב המשמש לייצור כימיקלים רבים. 1,3-propanediol הוא כימי בעל ערך המשמש בעיקר מונומר לסנתז terephthalate polytrimethylene. Polytrimethylene terephthalate הוא פוליאסטר מתכלה המציג תכונות טובות יותר מאלו של 1,2-propanediol, butanediol, או אתילן גליקול 1 . 1,3-propanediol מופק על ידי K. דלקת ריאות באמצעות גליצרול כמו מצע בתנאים מוגבל חמצן 2 . 2,3-butanediol ונגזרותיו יש יישומים בתחום של פלסטיק, ייצור ממס, גומי סינתטי יש פוטנציאל לשמש דלק ביולוגי 3 . עם גלוקוז כמו המצע, 2,3-butanediol הוא המטבוליט העיקרי של זן wildtype 4 . 2,3-butanediol הוא synthesizאד מ pyruvate. ראשית, שתי מולקולות של pyruvate עיבוי להניב α-acetolactate; תגובה זו מזרזת על ידי סינתזה α-acetolactate. Α-acetolactate הוא המרה אז acetoin ידי decarboxylase α-acetolactate. R -acetoin ניתן לצמצם עוד יותר ל -2,3 butanediol כאשר מזרז על ידי dehydrogenase butanediol. שיטה יעילה להחלפת גנים המתאימה ל- K. Pneumoniae נבדקה, ומוטציות רבות נבנו 5 , 6 , 7 . מוטציה budC , אשר איבדה פעילות 2,hy-butanediol dehydrogenase שלה, מצטבר רמות גבוהות של אצטון במרק תרבות. Acetoin משמש כתוסף כדי לשפר את הטעם של מזון 8 . כאשר budA , אשר מקודד decarboxylase α-acetolactate, הוא מוטציה, 2-ketogluconic חומצה מצטבר במרק. 2-ketogluconic חומצה משמש לסינתזה של חומצה אריתורבית (isoascorbic חומצה), נוגדי חמצון המשמשים בתעשיית המזון 9 . 2-ketogluconic חומצה הוא ביניים של גלוקוז מסלול חמצון; במסלול זה, הממוקם בחלל periplasmic, גלוקוז הוא מתחמצן חומצה gluconic ולאחר מכן לחמצון נוסף לחומצה 2 ketogluconic. חומצה Gluconic וחומצה 2 ketogluconic המיוצר periplasm יכול להיות מועבר הציטופלסמה לחילוף חומרים נוסף. הצטברות של חומצה 2-ketogluconic תלויה בתנאים חומציים, ותוסף אוויר גבוה יותר לטובת 2-ketogluicic ייצור חומצה 10 . Gluconate dehydrogenase, מקודד על ידי gad , מזרז את ההמרה של חומצה גלוקונית לחומצה 2-ketolconconic. מוטציה של ג 'ק של דלקת ריאות גרם רמות גבוהות של חומצה גלוקונית במקום 2-ketogluconic חומצה, תהליך זה תלוי גם בתנאים חומצי. חומצה Gluconic הוא חומצה אורגנית בתפזורת והוא משמש כתוסף להגביר את המאפיינים של מלט 11. גלוקוז חמצון לחומצה gluconic הוא מזרז על ידי גלוקוז dehydrogenase. Xylose הוא גם מצע מתאים של גלוקוז dehydrogenase. כאשר xylose משמש כמצע, K. pneumoniae מייצרת חומצה xylic 12 .
ייצור כימי באמצעות ביומסה כחומר גלם הוא נושא חם בביוטכנולוגיה 13 . המרכיבים העיקריים של ביומסה הם תאית, hemicellulose, ו lignin. עם זאת, אלה תרכובות macromolecular לא ניתן לקטבול ישירות על ידי רוב מיקרואורגניזמים (כולל K. דלקת ריאות ). תאית hemicelluloses ב ביומסה חייב להיות hydrolyzed גלוקוז ו xylose ולאחר מכן ניתן להשתמש על ידי מיקרואורגניזמים. נוכחות של ליגנין ב lignocelluloses יוצר מחסום מגן המונע הידרוליזה ביומסה על ידי אנזימים. לפיכך, תהליך טיפול לפני מסיר ליגנין hemicelluloses ומקטין את crystallinity של תאית מבוצעת תמיד במהלך ניצול ביומסה על ידי micרוורגניזמים. שיטות טיפול רבות כבר פותחו: חומצה, אלקליין, אמוניה, ועל קיטור precaterments נפוצים.
במבוק הוא שופע באזורים טרופיים וסובטרופיים הוא משאב ביומסה חשוב. הנה, הכנת הידרוליזה במבוק וייצור כימי באמצעות הידרוליזה במבוק מוצגים
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנת הידרוליזה במבוק
- הוסף 5 גרם של אבקת במבוק ל 40 מ"ל של פתרון NaOH להשיג 10% (g / g) ריכוז סופי בקבוק 250 מ"ל. השתמש סדרה של פתרונות NaOH החל 0.05 M ל 0.50 M במרווחים של 0.05 מ '
- לדגור את התערובת במשך 60 דקות על 60 מעלות צלזיוס או 100 מעלות צלזיוס באמבט מים. דגירה על 121 מעלות צלזיוס ב החיטוי.
- לאחר הדגירה, לעזוב את התערובת לעמוד במשך 4 שעות בטמפרטורת החדר. לאחר מכן, להסיר את supernatant. מוסיפים 100 מ"ל של מים מתוקים ומערבבים.
- חזור על כביסה זו 5-6 פעמים, עד ה- pH של supernatant מגיע 6.8. השתמש מוצק שהושג עבור השלב הבא של הידרוליזה אנזימטית.
- עבור הידרוליזה, להתאים 50 מ"ל של התערובת לעיל ל pH 5.0 באמצעות 98% H 2 SO 4 . לאחר מכן, להוסיף 0.5 מ"ל של 200 פעילות נייר סינון (FPU) / מ"ל cellulase.
הערה: היחס הסופי של cellulase כדי במבוק שOuld להיות 20 FPU לכל 1 גרם של במבוק. - דגירה את התערובת על 50 מעלות צלזיוס במשך 36 שעות שייקר.
הערה: לאחר הידרוליזה, חלק מוצק יישאר בתערובת. - השג הידרוליזה ברורה על ידי צנטריפוגה ב XG 7,790 במשך 5 דקות.
- לכמת את גלוקוז, xylose, וכימיקלים אחרים עם מערכת כרומטוגרף נוזלי בלחץ גבוה מצויד גלאי אינדקס השבירה וגלאי מערך photodiode. השתמש בעמודה HPX-87H (300 מ"מ x 7.8 מ"מ) ואת השלב הנייד של 5 מ"מ H 2 SO 4 פתרון בקצב 0.8 מ"ל / דקות הזרימה 12 .
- עבור כמות גדולה של הכנה הידרוליזה, לערבב 2 ק"ג של אבקת במבוק ו 18 L של 0.25 M NaOH ב 30-L טנק נירוסטה.
- דגירה הטנק ב 121 מעלות צלזיוס ב החיטוי במשך 60 דקות. לאחר הדגירה, לשטוף את התערובת עם 40 ליטר מים במיכל פלסטיק 60 L. חזור על כביסה 5 פעמים.
- השתמש במים כדי להתאים את סך במבוק שטף לנפח של 20 L.התאם את ה- pH של התערובת ל 5.0 באמצעות 98% H 2 SO 4 .
- Enzymatically hydrolyze את התערובת באמבט מים רועד שונה, מצויד מכני מכני כדי להבטיח כי התערובת מופץ היטב. הוסף 200 מ"ל של 200 FPU / מ"ל cellulase ו דגירה התערובת על 50 מעלות צלזיוס למשך 36 שעות.
- לאחר הידרוליזה, צנטריפוגה התערובת ב 4,700 XG במשך 10 דקות.
2. 2,3-Butanediol הפקה על ידי Wildtype K. דלקת ריאות
- השתמש 3 ליטר של הידרוליזה במבוק כמו ממס להכנת בינוני.
- הכן בינוני תסיסה המכיל 4 גרם / l תירס תלול תלול, 2 גרם / L (NH 4 ) 2 SO 4 , 6 גרם / LK 2 HPO 4 , 3 גרם / L KH 2 PO 4 , ו 0.2 גרם / L MgSO 4 . התאם את ה- pH של המדיום לניטרלי באמצעות 2.5 M NaOH. השתמש bioreactor 5-L המכיל 3 L של תסיסה autoclaved בינוני עבור תסיסה.
- השתמש K. דלקת ריאותתאים מאוחסנים בטמפרטורה נמוכה -80 מעלות צלזיוס.
- עבור תרבות הזרע, דגירה בקבוק 250 מ"ל המכיל 50 מ"ל של לוריא-ברטני (LB) בינוני הלילה ב 37 מעלות צלזיוס, עם רועד בסל"ד 200. השתמש בינוני LB המכיל 10 גרם / L טריפטון, 5 גרם / l תמצית שמרים, ו 10 גרם / L NaCl.
הערה: צפיפות התאים של תרבות הזרע צריך להגיע OD 2 (צפיפות אופטית ב 600 ננומטר). - לחסן בקבוק אחד של 50 מ"ל של התרבות זרע bioreactor. לשמור על התרבות ב pH 6.0 ו 37 ° C. השתמש קצב תוספת האוויר של 2 L / min ושיעור תסיסה של 250 סל"ד, יצירת מצב microaerobic.
- איסוף 5 דגימות מ"ל כל 2 שעות במהלך התסיסה ולנתח אותם עם כרומטוגרפיה נוזלית בלחץ גבוה כדי לקבוע את הריכוזים הכימיים במרק 4 .
- צג אלקלי הוסיף את bioreactor מקוון באמצעות MFCS / DA.
הערה: חומצות אורגניות מיוצרות בתהליך התסיסה, אND NaOH נוסף כדי לשמור על יציבות pH תרבות. נפח של אלקלי הוסיף מייצג את כמות החומצה המיוצרת. כאשר רמות קו הוסיף אלקלי, התהליך הוא סיים, או בגלל תשישות מקור פחמן או מוות התא.
- צג אלקלי הוסיף את bioreactor מקוון באמצעות MFCS / DA.
3. R -acetoin הפקה על ידי budc mutant של K. דלקת ריאות
- הכנת מדיום לייצור אצטון המכיל 4 גרם / ליטר תירס תלול תלולה, 2 גרם / L (NH 4 ) 2 SO 4 , 3 גרם / L אצטט אצטט, 0.4 גרם / L KCl, ו 0.1 גרם / L MgSO 4 .
- השתמש K. Pneumoniae-Δ budc לייצור R -acetoin. חזור על שלבים 2.4-2.5.
הערה: budc מקודד 2,3-butanediol dehydrogenase. K. pneumoniae-ΔbudC מאבד את פעילות ה- dhydrogenase 2,3-butanediol ומייצר R -acetoin במקום 2,3-butanediol. - לשמור על התרבות ב pH 6.0 ו 37 ° C. השתמש שיעור תוספת האוויר של 4 L / min ו agitatioN של 450 סל"ד, מצב אירובי.
הערה: תוספת החמצן גבוהה מזו של ייצור 2,3-butanediol. - Assay דגימות כמו בשלב 2.6.
4. 2-Ketogluic ייצור חומצה על ידי budA mutant של K. דלקת ריאות
- עבור 2-ketogluic ייצור חומצה, להשתמש באותו בינוני כמו לייצור R -acetoin.
- השתמש K. Pneumoniae-ΔbudA לייצור 2-ketogluconic חומצה. חזור על שלבים 2.4-2.5.
הערה: BudA מקודד α-acetolactate decarboxylase. K. Pneumoniae-ΔbudA מאבד את פעילות ה- decarboxylase α-acetolactate ומייצר חומצה 2-ketogluconic, תוך שימוש בגלוקוז כמצע.
הערה: 2-ketogluicic סינתזה היא תהליך תלוי חומצי. התסיסה של שני שלבים פותחה עבור 2-ketogluic ייצור חומצה 10 ; בשלב הראשון, תרבות הזרע הוא מחוסן bioreactor. - Assay דגימות כמו בשלב 2.6. באמצעות הידרוליזה של במבוק כמקור פחמן.
הערה: גלוקוז במדיום מומרת לחומצה 2-ketogluconic, ואת xylose מומרת חומצה xylic. לכן, תערובת של חומצה 2-ketogluconic וחומצה xylic מתקבל.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
בפרוטוקול זה, במבוק היה pretreated באמצעות אלקלי. הפרמטרים הדגירה האופטימלי - טמפרטורה של 121 מעלות צלזיוס ו 0.25 M NaOH - נקבעו איורים 1 ו -2 . המברן לפני הטיפול היה hydrolyzed אנזימטית, ואת גלוקוז ריכוזי xylose שהתקבלו הידרוליזה נמדדו. טמפרטורות גבוהות יותר העדיפו ייצור סוכר, ולכן 121 ° C נבחרה בטמפרטורה אופטימלית. גלוקוז ו xylose המיוצר הידרוליזה גדל עם ריכוז NaOH מעל טווח 0.05-0.25 מ 'עוד עליות ריכוז NaOH לא היתה השפעה חיובית על ייצור הסוכר. לכן, NaOH ב 0.25 M נבחר ריכוז אופטימלי.
איור 1: ההשפעה של טמפרטורת מקדים על גלוקוז ו xylose conמרכב במבוק הידרוליזה. עמודה אדומה: גלוקוז; כחול טור: xylose. טמפרטורות גבוהות יותר העדיפו ייצור סוכר, ו 121 ° C נבחר ההכנה הידרוליזה נפח גדול. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2: ההשפעה של ריכוז NaOH בשימוש במהלך הטיפול על גלוקוז ריכוז xylose במבוק הידרוליזה. קו אדום: גלוקוז; קו כחול: xylose. גלוקוז ו xylose המיוצר הידרוליזה גדל עם ריכוז NaOH על פני טווח של 0.05-0.50 M, ו 0.25 M נבחר ההכנה הידרוליזה נפח גדול. אנא לחץ עליוRe כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
על 20 g / L גלוקוז ו 10 גרם / x xylose הופקו במהלך הידרוליזה ב הידרוליזה אנזימטית בקנה מידה הבקבוק; 30 גרם / L גלוקוז ו 15 גרם / x xylose התקבלו הכנת הידרוליזה נפח גדול. הסיבה לכך היא שהכנת הכמות הגדולה בוצעה בשאפת מים פתוחים, וכמה מים התאדו בתהליך, מה שהוביל לריכוז הידרוליזה. גלוקוז ו xylose של הידרוליזה במבוק שימשו על ידי K. pneumoniae כמו מקורות פחמן לייצור כימי. תרכובות אחרות בהידרווליזט היו: סלוביוזה (1.4 גר '/ ליטר), ארבינוז (8.9 גר' / ליטר), חומצה אצטית (1.9 גרם לליטר) וחומצה פורמית (0.2 גר '/ ליטר).
2,3-butanediol הופק על ידי K. דלקת ריאות בתנאים מיקרואירוביים ( איור 3 ). התהליך חולק לשתי תקופות. ב fראשית, גלוקוז היה בשימוש על ידי התאים לייצר 7.6 גרם / L 2,3-butanediol, בעוד רמת קסילוז במרק נשאר ללא שינוי. גלוקוז היה מותש בשעה 8 שעות, והפעם מסומן המעבר לתקופה הבאה. בתקופה השנייה, את קסילוז במרק שימש את התאים, ועוד 5.1 גרם / L 2,3-butanediol הופק. הייצור של 2,3-butanediol היה איטי יותר בתקופה השנייה. בסוף התהליך, סך של 12.7 גרם / L 2,3-butanediol הופקו. תוצרי לוואי של תהליך זה היו חומצה לקטית, חומצה אצטית, ואתנול. חומצה לקטית ואתנול היו מסונתזים בעיקר בתקופה הראשונה (כאשר גלוקוז שימש כמקור פחמן), וחומצה אצטית היה מסונתז ברציפות.
איור 3: ייצור 2,3-butanediol באמצעות hydrolyzate במבוק כמו חומרי גלם. קו אדום: גלוקוז; קו כחול: xylose; אִמָאקו גנטה: 2,3-butanediol; כתום: חומצה לקטית; קו שחור: חומצה אצטית; קו ירוק: אתנול. גלוקוז ו xylose ב הידרוליזה שימשו שניהם עבור 2,3-butanediol סינתזה, אבל גלוקוז שימש הראשון, ואחריו xylose. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
R- אצטון הופק על ידי מוטציה budC של K. דלקת ריאות בתנאים Aerobic ( איור 4 ). כמו ייצור 2,3-butanediol על ידי זן wildtype, גלוקוז ולאחר מכן xylose שימשו ברצף על ידי K. pneumoniae-ΔbudC . Xylose היה מותש בשעה 16 שעות, ואת קצב הצריכה היה מהיר יותר מזה ב 2,3-butanediol הייצור על ידי wildtype. הייצור של R -acetoin היה 13 גרם / L בסוף התהליך, ותוצרי הלוואי היו 2,3-butanediol, חומצה אצטית, ו- eהזה
איור 4: ייצור R -acetoin באמצעות hydrolyzate במבוק כמו חומרי גלם. קו אדום: גלוקוז; קו כחול: xylose; קו סגול: אצטון; קו מגנטה: 2,3-butanediol; קו שחור: חומצה אצטית; קו ירוק: אתנול. גלוקוז ו xylose ב הידרוליזה שימשו שניהם לסינתזה R -acetoin, והשימוש שלהם היה ברצף. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
2-ketogluconic חומצה וחומצה xylic הופקו על ידי מוטציה budA של K. pneumoniae ( איור 5 ). תהליך זה נדרש תוספת אוויר גבוהה. גלוקוז במדיום הוסב לראשונה gluconחומצה IC, אשר צבר מרק. חומצה גלוקונית הגיע לרמה מקסימלית של 15 גרם / L ב 8 שעות של תרבות, ולאחר מכן, הריכוז שלה ירד. לא 2-ketogluconic חומצה הופק עד 6 שעות לתוך התרבות. זה היה מסונתז אז בקצב גבוה, ו 25 גרם / L 2-ketogluconc חומצה הופק עד סוף התהליך. Xylose במדיום הוסב חומצה xylic; תגובה זו החלה מאוחר יותר מאשר המרה גלוקוז לחומצה גלוקונית. כמה חומצה אצטית הופק כתוצר לוואי במהלך התהליך.
איור 5: 2-ketogluconic חומצה וייצור חומצה קילונית באמצעות hydrolyzate במבוק כמו חומרי גלם. קו אדום: גלוקוז; כתום: חומצה גלוקונית; קו מגנטה: 2-ketogluconic חומצה; קו כחול: xylose; קו שחור: חומצה אצטית; קו ירוק: אתנול. הגלוקוז בהידרווליזט הוסב לחומצה גלוקוניתו הוסב עוד 2-ketogluconic חומצה. את xylose ב hydrolyzate הוסב חומצה xylic. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
K. Pneumoniae שייך לגזע Klebsiella במשפחה Enterobacteriaceae . K. דלקת ריאות מופץ באופן נרחב בסביבות טבעיות כגון קרקע, צמחייה ומים 14 . זן wildtype K. Pneumoniae בשימוש במחקר זה היה מבודד מהקרקע משמש לייצור 1,3-propanediol 15 . K. דלקת ריאות ומוטציות של מין זה לייצר כימיקלים רבים בתנאים שונים.
PH תרבות ותוספי אוויר הם גורמים מרכזיים המשפיעים על ייצור כימי על ידי K. דלקת ריאות . Wildtype K. pneumoniae מייצרת 2,3-butanediol כמו catabolite הראשי ב pH 6. עם זאת, 2-ketogluconic חומצה השינויים catabolite הראשי כאשר מתורבת ב pH 5 או 9 תחתון. הגדלת תוסף האוויר מפחיתה 2,3-butanediol סינתזה, בעוד R- acetoin סינתזה משופרת 8 et al. 16 , אשר קל לבצע במעבדה, במיוחד בקנה מידה ליטר.
טמפרטורות גבוהות יותר לפני ייצור סוכר במהלך הידרוליזה אנזימטית. טיפול ב ≤ 100 ° C בוצע באמבט מים וב 121 ° C ב החיטוי. אלה שתי חתיכות של ציוד נפוצים במעבדות, וכן כמה ליטר של נוזל עובדו בכל אצווה. טמפרטורות גבוהות דורשות כורים בלחץ גבוה. לדוגמה, במעבדה שלנו יש 50-mL ו 1-L כורים בלחץ גבוה, אבל הכרכים של כורים אלה להגביל את השימוש שלהם במהלך biomass precaterments.
ההכנה hydrolyzate במבוק שמוצג במחקר זה היה קל לבצע בצלוחיות. עם זאת, כאשר נעשה בכמויות גדולות, רמות נמוכות יותר של גלוקוז ו xylose התקבלו לפעמים. תערובת הידרוליזה חייב להיות מופץ היטב. משקעים של הביומסה יובילו לרמות נמוכות יותר של הידרוליזה.
בניגוד גלוקוז טהור xylose, הידרוליזה ביומסה מזוהמת על ידי כימיקלים רעילים רבים שעשויים לעכב את הצמיחה של מיקרואורגניזמים. שיטות רבות פותחו כדי להסיר מעכבים כאלה, אבל הם מוסיפים לעבד עלויות נוטים להפחית את תשואות הסוכר 17 . במחקר זה לא נעשתה עבודה מיוחדת להסרת מעכבים. באמצעות הידרוליזה של במבוק שנוצרה בעבודה זו כחומר גלם, הפרודוקטיביות (0.95 g / Lh) ויחס ההמרה (0.25 גרם / גרם) של גלוקוז ל -2,3 בוטאנדיול במהלך השלב הראשון, כאשר צריכת הגלוקוז הייתה נמוכה יותר, הייתה נמוכה יותר מאשר כאשר גלוקוז מטוהר שימש כמקור פחמן, דיווחו בעבר (1.4 גרם / Lh ו 0.3 גרם / גרם, בהתאמה) 4 . הפריון של 2,3-butanedIol במהלך השלב השני, כאשר קסילוז נצרך, היה איטי יותר מאשר בשלב הראשון. עם זאת, יחס ההמרה של xylose ל -2,3 butanediol הגיע 0.34 גרם / גרם, אשר היה גבוה יותר כאשר גלוקוז מטוהרים שימש כמקור פחמן 4 . R -acetoin הייצור באמצעות hydrolyzate במבוק כמו חומרי גלם היו יחסי יחס ההמרה ואת המצע של 0.92 גרם / LH ו 0.29 גרם / גרם, בהתאמה. שני אלה היו נמוכים יותר מאשר כאשר גלוקוז מטוהח שימש המצע (1.7 גרם / LH ו 0.34 גרם / גרם, בהתאמה) 8 . יחס הפרודוקטיביות וההמרה של חומצה 2-ketogluconic במחקר זה היו 2.3 גר '/ Lh ו- 0.91 גרם / גרם, בהתאמה, נמוך יותר מאשר כאשר גלוקוז מטוהח שימש כמקור פחמן (4.2 גרם / Lh ו- 1 גרם / גרם, בהתאמה ) 10 .
קסילוז הוא הסוכר השופע השני בטבע לאחר גלוקוז. שלא כמו גלוקוז, xylose אינו מנוצל בקלות על ידי רוב מיקרואורגניזמים. בסיבוב הזהY, xylose היה נצרך לחלוטין על ידי K. דלקת ריאות לייצור כימי. 2,3-butanediol, R -acetoin, 2-ketogluconic חומצה, וחומצה xylic הם כל כימיקלים יקרי ערך, ואת תהליכי הייצור שלהם להשתנות מ microaerobic לתנאים אירוביים מאוד. תוצאות התסיסה כאן מצביעים על כך סוכרים במבוק הידרוליזה הם מקורות פחמן מתאים K. דלקת ריאות צמיחה ייצור כימי בתנאים שונים.
השימוש ביומסה hydrolyzate כמו חומרי גלם היא שיטה מבטיחה לייצור כימי. עם זאת, ישנם עדיין חסרונות רבים שיש להתגבר, כגון כמות גדולה של מים הדרושים כדי לשטוף את ביומסה prereated ואת כמות זמן ארוכה הדרושה אנזימים הידרוליזה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין מה לגלות.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע הטבע של סין (מענק מס '21576279, 20906076) ואת תוכנית המחקר KRIBB יוזמה (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 |
References
- 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).
- 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).
- Celińska, E., Grajek, W. Biotechnological production of 2,3-butanediol-current state and prospects. Biotechnol Adv. 27 (6), 715-725 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Wang, D., et al. R-acetoin accumulation and dissimilation in Klebsiella pneumoniae. J Ind Microbiol Biotechnol. 42 (8), 1105-1115 (2015).
- 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).
- Sun, Y., et al. Two-stage fermentation for 2-ketogluconic acid production by Klebsiella pneumoniae. J Microbiol Biotechnol. 24 (6), 781-787 (2014).
- Wang, D., et al. Gluconic acid production by gad mutant of Klebsiella pneumoniae. World J Microbiol Biotechnol. 32 (8), 1-11 (2016).
- Wang, C., et al. Production of xylonic acid by Klebsiella pneumoniae. Appl Microbiol Biotechnol. 100 (23), 10055-10063 (2016).
- 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).
- Brisse, S., Grimont, F., Grimont, P. A. The genus Klebsiella. The Prokaryotes. , Springer. 159-196 (2006).
- 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).
- 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).
- Pienkos, P. T., Zhang, M. Role of pretreatment and conditioning processes on toxicity of lignocellulosic biomass hydrolysates. Cellulose. 16 (4), 743-762 (2009).
