Summary
Bambu tozu NaOH ile ön-muamele edildi ve enzimatik olarak hidrolize edildi. Bambu hidrolizatı, 2,3-butandiol, R- asetoin, 2-ketoglukonik asit ve Kylbsiella pneumoniae tarafından ksilonik asit üretimi için hammadde olarak kullanıldı.
Abstract
Bambu önemli bir biyokütle ve bambu hidrolizatı Klebsiella pneumoniae tarafından kimyasal üretim için ham madde olarak kullanılır. Burada, bambu tozu NaOH ile ön işleme tabi tutuldu ve nötr bir pH'a yıkandı. Önceden işlemden geçirilen bambu tozuya 30 g / L glikoz ve 15 g / L ksiloz içeren hidrolizatı oluşturmak için selülaz ilave edildi ve kimyasal üretim için bir ortam hazırlamak için karbon kaynağı olarak kullanıldı. Mikroerobik koşullar altında kültürlendiğinde, yabani tip K. pneumoniae tarafından 12.7 g / L 2,3-butandiol üretilmiştir. Aerobik koşullarda, 13.0 g / L R- asetoin, K. pneumoniae'nin budC mutantı tarafından üretildi. 25.5 g / L 2-ketoglukonik asit ve 13.6 g / L xylonic asit karışımı, yüksek hava takviyesi ile iki aşamalı, pH kontrollü bir fermantasyonda K. pneumoniae budA mutantı tarafından üretildi. Fermantasyonun ilk aşamasında, kültür, nötr bir pH'da muhafaza edildi; Hücre büyümesinden sonra, fermentasyonN ikinci aşamaya geçildi, bu sırada kültürün asidik kalmasına izin verildi.
Introduction
Klebsiella pneumoniae , hem aerobik hem de anaerobik koşullar altında iyi yetişen bir bakteridir. K. pneumoniae , birçok kimyasal üretmek için kullanılan önemli bir endüstriyel mikroorganizma. 1,3-propandiol, polimetilen tereftalatın sentezlenmesi için esas olarak bir monomer olarak kullanılan değerli bir kimyasal maddedir. Polimetilen terefitalat, 1,2-propandiol, butandiol veya etilen glikol 1'den daha iyi özelliklere sahip, biyolojik olarak parçalanabilen bir polyesterdir. 1,3-propandiol, K. pneumoniae tarafından oksijen ile sınırlandırılmış koşullar altında substrat olarak gliserol kullanılarak üretilir. 2,3-butandiol ve türevleri, plastik, solvent üretimi ve sentetik kauçuk alanında uygulamalara sahiptir ve biyoyakıt olarak kullanılma potansiyeline sahiptir 3 . Glukoz, substrat olarak, 2,3-bütandiol, vahşi tipli 4 suşunun ana metabolitidir. 2,3-bütandiol sentezlenirPiruvattan alınmıştır. İlk olarak, iki moleküllü piruvat, α-asetolaktat üretmek üzere yoğunlaşır; Bu reaksiyon α-asetolaktat sintazı ile katalize edilir. A-asetolaktat daha sonra a-asetolaktat dekarboksilaz ile asetoine dönüştürülür. R- asetoin, butandiol dehidrojenaz ile katalize edildiğinde 2,3-bütandiole indirgenebilir. K. pneumoniae için uygun etkili bir gen değiştirme yöntemi araştırılmış ve birçok mutant 5 , 6 , 7 inşa edilmiştir. 2,3-butandiol dehidrogenaz aktivitesini kaybeden bir budC mutantı, kültür besiyerinde yüksek seviyelerde asetoin biriktirir. Acetoin, gıda lezzetini arttırmak için katkı maddesi olarak kullanılır 8 . Α-asetolaktat dekarboksilaz kodlayan budA mutasyona uğradığında, 2-ketoglukonik asit suda birikir. 2-ketoglukonik asit, eritorbik asit (izoasorbik asit) sentezi için kullanılır;, Gıda endüstrisinde kullanılan bir antioksidan 9 . 2-ketoglukonik asit glikoz oksidasyon yolağının bir ara ürünüdür; Periplazmik boşlukta bulunan bu yolda glikoz, glukonik asite okside edilir ve daha sonra 2-ketoglukonik aside oksitlenir. Periplazda üretilen glukonik asit ve 2-ketoglukonik asit, daha ileri metabolizma için sitoplazmaya taşınabilir. 2-ketoglukonik asit birikimi asidik koşullara bağlıdır ve yüksek hava desteğiyle 2-ketoglukonik asit üretimi 10 tercih edilir . Gad tarafından kodlanan Gluconate dehydrogenase , Glukonik asitin 2-ketolgukonik asite dönüşmesini katalize eder. K. pneumoniae'nin gad mutantı, 2-ketoglukonik asit yerine yüksek seviyede glükonik asit üretti ve bu süreç asidik koşullara da bağlı. Glukonik asit, toplu bir organik asittir ve çimento özelliklerini artırmak için bir katkı maddesi olarak kullanılır 11. Glikoz oksidasyonu, glikoz dehidrojenaz ile katalize edilir. Xylose de glikoz dehidrojenaz için uygun bir substrattır. Ksiloz, bir substrat olarak kullanıldığında, K. pneumoniae , ksilonik asit 12'yi üretir.
Biyokütle hammadde olarak kimyasal üretim, biyoteknolojide sıcak bir konudur 13 . Biyokütlenin ana bileşenleri selüloz, hemiselüloz ve lignin'dir. Bununla birlikte, bu makromoleküler bileşikler çoğu mikroorganizma ( K. pneumoniae dahil) tarafından doğrudan katabolize edilemez. Biyokütledeki selüloz ve hemiselülozlar, glikoz ve ksiloz'a hidrolize edilmeli ve daha sonra mikroorganizmalar tarafından kullanılabilmelidir. Lignoselülozlarda lignin varlığı, enzimler tarafından biyokütle hidrolizlenmesini önleyen koruyucu bir bariyer oluşturur. Bu nedenle, lignin ve hemiselülozları uzaklaştıran ve selülozun kristal yapısını azaltan bir ön işleme işlemi, biyokütle kullanımı sırasında mikrofondanroorganisms. Birçok ön-muamele yöntemi geliştirilmiştir: asit, alkalin, amonyak ve buhar ön-muameleleri sık görülür.
Bambu tropik ve subtropikal bölgelerde bol miktarda bulunur ve önemli bir biyokütle kaynağıdır. Burada, bambu hidrolizatının hazırlanması ve kimyasal üretiminin bambu hidrolizat kullanılarak sunulması
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Bambu Hidrolizatının Hazırlanması
- 250 mL'lik bir balon içinde% 10'luk (g / g) nihai konsantrasyon elde etmek için 40 ml NaOH çözeltisine 5 gr bambu tozu ilave edin. 0.05 M'lik artışlarla 0.05 M ila 0.50 M aralığında değişen bir dizi NaOH çözeltisi kullanın.
- Karışımı, 60 ° C'de 60 dakika veya bir su banyosu içinde 100 ° C'de inkübe edin. Otoklavda 121 ° C'de inkübe edin.
- Kuluçka işleminden sonra, karışım oda sıcaklığında 4 saat bekletilir. Daha sonra süpernatanı çıkarın. 100 mL taze su ilave edin ve karıştırın.
- Süpernatanın pH değeri 6.8 olana kadar bu işlemi 5-6 kez tekrarlayın. Elde edilen katıyı, enzimatik hidrolizin bir sonraki basamağı için kullanın.
- Hidroliz için yukarıdaki karışımın 50 mL'sini pH 5.0'a% 98 H204 kullanarak ayarlayın. Ardından 0.5 mL 200 filtre kağıdı aktivitesi (FPU) / mL selülaz ekleyin.
NOT: Selülazın bambuya nihai oranıOuld, 1 gr bambu başına 20 FPU olmalıdır. - Karışımı 50 ° C'de bir çalkalayıcıda 36 saat inkübe edin.
NOT: Hidrolizden sonra karışımda bir miktar katı kalacaktır. - 7,690 xg'de 5 dakika santrifüj ederek açık bir hidrolizat elde edin.
- Glikoz, ksiloz ve diğer kimyasalları bir kırma indisi detektörü ve bir fotodiyot dizi detektörü ile donatılmış bir yüksek basınçlı sıvı kromatograf sistemiyle ölçün. Bir HPX-87H sütununu (300 mm x 7.8 mm) ve 0.8 mL / dk'lık bir akış hızında 5 mM H2SO4 çözeltisinin mobil fazı kullanın.
- Büyük miktarda hidrolizat preparatı için 2 kg bambu tozu ve 18 L 0.25 M NaOH'yi 30 L'lik paslanmaz çelik bir depoda karıştırın.
- Depoyu 121 ° C'de bir otoklav içinde 60 dakika inkübe edin. Kuluçkadan sonra, karışım 60 L'lik plastik bir depoda 40 L su ile yıkanır. Bu yıkamayı 5 kez tekrarlayın.
- Toplam yıkanmış bamboyu 20 L hacmine ayarlamak için su kullanın.% 98 H204 kullanarak karışımın pH değerini 5.0'a ayarlayın.
- Karışımı iyi dağıtılmasını sağlamak için mekanik bir karıştırıcı ile teçhiz edilmiş modifiye sallama suyu banyosunda karışımı enzimatik olarak hidrolize edin. 200 mL 200 FPU / mL selülaz ekleyin ve karışımı 50 ° C'de 36 saat inkübe edin.
- Hidrolizden sonra, karışımı 10 dakika boyunca 4.700 xg'de santrifüjleyin.
2. Wildtype K. pneumoniae ile 2,3-Butandiol Üretimi
- Orta hazırlık için çözücü olarak 3 L bambu hidrolizat kullanın.
- 4 g / L mısır dik likörü, 2 g / L (NH4) 2S04, 6 g / LK2 HPO4, 3 g / L KH2PO4 ve 0.2 g / L MgS04 içeren bir fermantasyon ortamı hazırlayın. 2.5 M NaOH kullanarak ortamın pH değerini nötr yapın. Fermantasyon için 3 L otoklava fermantasyon ortamı içeren 5 L'lik bir biyoreaktör kullanın.
- K. pneumoniae'yi kullanın-80 ° C düşük sıcaklıkta buzdolabında saklanan hücreler.
- Tohum kültürü için, 200 rpm'de çalkalayarak, gece boyunca 37 ° C'de 50 mL Luria-Bertani (LB) ortamı içeren 250 mL'lik bir şişeyi inkübe edin. 10 g / L tripton, 5 g / L maya özütü ve 10 g / L NaCl içeren LB ortamı kullanın.
NOT: Tohum kültürünün hücre yoğunluğu OD2'ye (600 nm'de optik yoğunluk) ulaşmalıdır. - Biyoreaktörde tohum kültürünün 50 mL'lik bir şişesini aşılayın. Kültürü pH 6.0 ve 37 ° C'de muhafaza edin. Mikroerobik bir durum oluşturan hava takviye hızı 2 L / dk ve çalkalama hızı 250 dev / dak. Kullanın.
- Fermantasyon sırasında her 2 saatte bir 5 mL numuneler toplayın ve et suyu 4'ündeki kimyasal konsantrasyonları belirlemek için yüksek basınçlı sıvı kromatografisiyle analiz edin.
- MFCS / DA kullanarak biyoreaktöre eklenen alkali'yi izleyin.
NOT: Organik asitler fermantasyon prosesinde,NaOH, kültür pH'sını sabit tutmak için eklenir. Eklenen alkali hacmi, üretilen asit miktarını temsil eder. Alkali eklenen hattın plato seviyesine ulaşmasıyla, karbon kaynağı tükenmesi veya hücre ölümü yüzünden süreç sona erer.
- MFCS / DA kullanarak biyoreaktöre eklenen alkali'yi izleyin.
3. K. pneumoniae'nin budC Mutant tarafından R- asetoin üretimi.
- 4 g / L mısır dik likörü, 2 g / L (NH4) 2 SO4, 3 g / L sodyum asetat, 0.4 g / L KCI ve 0.1 g / L MgS04 içeren asetoin üretimi için bir ortam hazırlayın.
- R- asetoin üretimi için K. pneumoniae-ΔbudC kullanın. 2.4-2.5. Adımları tekrarlayın.
NOT: budC 2,3-bütandiol dehidrojenaz kodlar. K. pneumoniae-ΔbudC 2,3-bütandiol dehidrogenaz aktivitesini kaybeder ve 2,3-bütandiol yerine R- asetoin üretir. - Kültürü pH 6.0 ve 37 ° C'de muhafaza edin. Hava takviye oranı 4 L / dk ve bir agitatio kullanın450 rpm orana, aerobik bir durum.
NOT: Oksijen takviyesi, 2,3-butandiol üretiminden daha yüksektir. - Örnekleri 2.6. Adımdaki gibi deneyin.
4. K. pneumoniae'nin budA Mutant tarafından 2-Ketoglukonik Asit Üretimi
- 2-ketoglukonik asit üretimi için, R- asetoin üretimiyle aynı ortamı kullanın.
- 2-ketoglukonik asit üretimi için K. pneumoniae-ΔbudA kullanın. 2.4-2.5. Adımları tekrarlayın.
NOT: budA, α-asetolaktat dekarboksilaz kodlar. K. pneumoniae-ΔbudA α-asetolaktat dekarboksilaz aktivitesini kaybeder ve bir substrat olarak glikoz kullanarak 2-ketoglukonik asit üretir.
NOT: 2-ketoglukonik asit sentezi asidik koşullara bağlı bir prosestir. 2-ketoglukonik asit üretimi için iki aşamalı fermantasyon geliştirilmiştir 10 ; İlk aşamada, tohum kültürü biyoreaktöre inoküle edilir. - Örnekleri 2.6. Adımdaki gibi deneyin. Bambu hidrolizatını karbon kaynağı olarak kullanmak.
NOT: Ortamdaki glikoz, 2-ketoglukonik asite dönüştürülür ve ksiloz, ksilonik asit haline dönüştürülür. Böylece, 2-ketoglukonik asit ve ksilonik asitten oluşan bir karışım elde edilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu protokolde, bambu alkali kullanılarak ön işleme tabi tutuldu. Optimum inkübasyon parametreleri (121 ° C ve 0.25 M NaOH sıcaklıkları) Şekil 1 ve 2'de belirlendi . Önceden işlemden geçirilmiş bambu, enzimatik olarak hidrolize edildi ve hidrolizatta elde edilen glikoz ve ksiloz konsantrasyonları ölçüldü. Daha yüksek sıcaklık şeker üretimini tercih etti, bu nedenle optimal sıcaklık olarak 121 ° C seçildi. Hidrolizatta üretilen glikoz ve ksiloz 0,05-0,25 M aralığında NaOH konsantrasyonu ile artmıştır. NaOH konsantrasyonunda yapılan diğer artışlar şeker üretimi üzerinde herhangi bir olumlu etki yapmamıştır. Böylece optimum konsantrasyon olarak 0.25 M NaOH seçildi.
Şekil 1: Ön işlem sıcaklığının glikoz ve ksiloz koni üzerine etkisiBambu hidrolizatında santrifüj. Kırmızı kolon: glikoz; Mavi sütun: ksiloz. Daha yüksek sıcaklıklarda şeker üretimi tercih edildi ve büyük hacimli hidrolizat preparatı için 121 ° C seçildi. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 2: Ön işlem esnasında kullanılan NaOH konsantrasyonunun bambu hidrolizat içerisindeki glikoz ve ksiloz konsantrasyonuna etkisi. Kırmızı çizgi: glikoz; Mavi çizgi: ksiloz. Hidrolizatta üretilen glikoz ve ksiloz, 0.05-0.50 M aralığında NaOH konsantrasyonu ile artmış ve büyük hacimli hidrolizat preparatı için 0.25 M seçilmiştir. Lütfen tıklayınBu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için tekrar.
Şişe ölçekli enzimatik hidrolizde hidrolizat sırasında yaklaşık 20 g / L glikoz ve 10 g / L ksiloz üretildi; Büyük hacimli hidrolizat preparatından 30 g / L glikoz ve 15 g / L ksiloz elde edildi. Bunun nedeni, büyük miktarda preparatın açık su banyosu çalkalayıcıda gerçekleştirilmesiydi ve bu sırada bazı su buharlaştırılarak hidrolizat konsantrasyonuna yol açtı. Bambu hidrolizatındaki glükoz ve ksiloz, K. pneumoniae tarafından kimyasal üretim için karbon kaynakları olarak kullanılmıştır. Hidrolizat içindeki diğer bileşikler: selobiyoz (1.4 g / L), arabinoz (8.9 g / L), asetik asit (1.9 g / L) ve formik asit (0.2 g / L) idi.
2,3-bütandiol mikroarörobik koşullar altında K. pneumoniae tarafından üretildi ( Şekil 3 ). Süreç iki kısma ayrıldı. FIlk olarak, hücredeki ksiloz seviyesi değişmeden kalırken, hücreler tarafından 7.6 g / L 2,3-bütandiol üretmek için glikoz kullanıldı. Glikoz 8 saatte tükendi ve bu sefer sonraki döneme damgasını vurdu. İkinci periyotta, et suyu içinde bulunan ksiloz, hücreler tarafından kullanıldı ve ilave 5.1 g / L 2,3-bütandiol üretildi. 2,3-butandiol üretimi ikinci periyotta daha yavaş gerçekleşti. İşlemin sonunda, toplam 12.7 g / L 2,3-bütandiol üretildi. Bu işlemin yan ürünleri laktik asit, asetik asit ve etanol'dür. Laktik asit ve etanol, ilk periyotta (glikoz karbon kaynağı olarak kullanıldığında) sentezlendi ve asetik asit sürekli olarak sentezlendi.
Şekil 3: Besleme stoğu olarak bambu hidrolizatı kullanan 2,3-bütandiol üretimi. Kırmızı çizgi: glikoz; Mavi çizgi: ksiloz; anneGenta satırı: 2,3-butandiol; Turuncu çizgi: laktik asit; Siyah çizgi: asetik asit; Yeşil çizgi: etanol. Hidrolizatta glikoz ve ksilozun her ikisi de 2,3-bütandiol sentezi için kullanıldı, ancak önce glikoz kullanılmış ve bunu ksiloz takip etmiştir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
R- asetoin, aerobik koşullar altında K. pneumoniae'nin budC mutantı tarafından üretildi ( Şekil 4 ). Yabanıl tip suşun 2,3-bütandiol üretiminde olduğu gibi, glükoz ve daha sonra ksiloz, K. pneumoniae-ΔbudC tarafından sırayla kullanılmıştır. Xylose, 16 saatte tüketildi ve tüketim oranı yabani tiple 2,3-butandiol üretimindeki tüketim oranından daha hızlıydı. İşlemin sonunda R- asetoin üretimi 13 g / L idi ve yan ürünler 2,3-bütandiol, asetik asit ve e-metanol.
Şekil 4: Hammadde olarak bambu hidrolizat kullanılarak R- asetoin üretimi. Kırmızı çizgi: glikoz; Mavi çizgi: ksiloz; Mor çizgi: asetoin; Macenta satırı: 2,3-butandiol; Siyah çizgi: asetik asit; Yeşil çizgi: etanol. Hidrolizatta bulunan glikoz ve ksiloz hem R- asetoin sentezi için kullanıldı hem de bunların kullanımı sıralıydı. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
2-ketoglukonik asit ve ksilonik asit, K. pneumoniae'nin budA mutantı tarafından üretildi ( Şekil 5 ). Bu işlem yüksek bir hava takviyesi gerektiriyordu. Ortamdaki glikoz ilk olarak glukona dönüştürüldüBuzlu asit, et suyu birikti. Glukonik asit 8 saatlik kültürde azami 15 g / L'ye ulaştı ve bundan sonra konsantrasyonu azaldı. 6 saat boyunca kültüre hiçbir 2-ketoglukonik asit üretilmedi. Daha sonra yüksek bir oranda sentezlendi ve işlem bittiğinde 25 g / L 2-ketoglukon asit üretildi. Ortamdaki ksiloz, xylonic acid'e dönüştürüldü; Bu reaksiyon, glukonik aside glikoz dönüştürülmesinden sonra başladı. İşlem sırasında bazı asetik asit bir yan ürün olarak üretilmiştir.
Şekil 5: Besin maddesi olarak bambu hidrolizatı kullanan 2-ketoglukonik asit ve ksilonik asit üretimi. Kırmızı çizgi: glikoz; Turuncu çizgi: glukonik asit; Macenta satırı: 2-ketoglukonik asit; Mavi çizgi: ksiloz; Siyah çizgi: asetik asit; Yeşil çizgi: etanol. Hidrolizat içerisindeki glikoz, glükonik asite dönüştürüldüVe daha sonra 2-ketoglukonik aside dönüştürüldü. Hidrolizat içerisindeki ksiloz, ksilonik aside dönüştürüldü. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
K. pneumoniae , Enterobacteriaceae familyasında Klebsiella cinsine aittir. K. pneumoniae , toprak, bitki örtüsü ve su gibi doğal ortamlarda yaygın olarak bulunur 14 . Bu araştırmada kullanılan vahşi K. pneumoniae suşu topraktan izole edilmiş ve 1,3-propandiol üretimi için kullanılmıştır. K. pneumoniae ve bu türün mutantları, farklı koşullar altında birçok kimyasal üretir.
Kültür pH ve hava takviyesi K. pneumoniae'nin kimyasal üretimini etkileyen kilit faktörlerdir. Wildtype K. pneumoniae , pH 6'da ana katabolit olarak 2,3-bütandiol üretir. Ancak, 2-ketoglukonik asit, pH 5 veya daha düşük 9'da kültürlendiğinde ana katabolite dönüşür. Hava desteğini artırmak 2,3-bütandiol sentezini azaltırken R- asetoin sentezi geliştirilir 8 et al. Tarafından sunulan yöntemi izledi . 16 , ki bu laboratuarda, özellikle de litre ölçeğinde gerçekleştirilmesi kolaydır.
Daha yüksek ön-muamele sıcaklıkları, enzimatik hidroliz sırasında şeker üretimine katkıda bulunur. ≤ 100 ° C'de muamele su banyosunda ve 121 ° C'de bir otoklav içinde gerçekleştirildi. Bu iki ekipman laboratuvarda yaygın olarak görülüyor ve her bir partide birkaç litre sıvı işleniyor. Yüksek sıcaklıklar yüksek basınç reaktörleri gerektirir. Örneğin, laboratuarımızda 50 mL ve 1 litrelik yüksek basınç reaktörleri bulunur, ancak bu reaktörlerin hacimleri, biyokütle ön tedavileri sırasında kullanımlarını sınırlar.
Bu araştırmada gösterilen bambu hidrolizat preparatı, şişeler içinde gerçekleştirilmesi kolaydır. Bununla birlikte, büyük hacimde bittiğinde bazen daha düşük glikoz ve ksiloz seviyeleri elde edilmiştir. Hidroliz karışımı iyi dağıtılmalıdır. Biyokütlenin çökmesi, hidroliz düzeylerinin düşmesine neden olur.
Saf glikoz ve ksilozun aksine, biyokütle hidrolizatı mikroorganizmaların büyümesini engelleyebilecek birçok toksik kimyasal madde ile kontamine. Bu inhibitörleri çıkarmak için birçok yöntem geliştirilmiştir, ancak işlem maliyetlerine katkıda bulunurlar ve şeker verimlerini düşürme eğilimindedirler 17 . Bu araştırmada, inhibitörlerin uzaklaştırılması için özel bir çalışma yapılmadı. Bu çalışmada üretilen bambu hidrolizatını hammadde olarak kullanan birinci aşamada, glikoz tüketildiğinde üretkenlik (0.95 g / Lh) ve glikozdan 2,3-bütandiole dönüşüm oranı (0.25 g / g) düşüktü Karbon kaynağı olarak saflaştırılmış glikoz kullanıldığında daha önce bildirilen (sırasıyla 1.4 g / Lh ve 0.3 g / gm) 4 . 2,3-butanlı üretkenlikİkinci aşamada, ksiloz tüketildiğinde iol, birinci aşamadan daha yavaştı. Bununla birlikte, ksilozun 2,3-bütandiol'e dönüşüm oranı 0,34 g / g'ye ulaştı; bu, karbon kaynağı 4 olarak saflaştırılmış glikoz kullanıldığındakinden daha yüksekti. Hammadde olarak bambu hidrolizatı kullanarak R- asetonin üretimi sırasıyla 0,92 g / Lh ve 0,29 g / g verimlilik ve substrat dönüşüm oranlarına sahipti. Bu oranların her ikisi de, saflaştırılmış glükoz substrat olarak kullanıldığında (1.7 g / Lh ve sırasıyla 0.34 g / g) 8 daha düşüktür. Bu çalışmadaki 2-ketoglukonik asit verimliliği ve dönüşüm oranı karbon gazı olarak saf glikoz kullanıldığında sırasıyla 2.3 g / Lh ve 0.91 g / g idi (sırasıyla 4.2 g / Lh ve 1 g / g) ) 10 .
Xylose, doğada glikozdan sonra ikinci en bol şekerdir. Glikozun aksine, ksiloz pek çok mikroorganizma tarafından kolayca kullanılamaz. Bu saplamadaY, ksiloz tamamen K. pneumoniae tarafından kimyasal üretim için tüketildi. 2,3-bütandiol, R- asetoin, 2-ketoglukonik asit ve ksilonik asit değerli kimyasallardır ve bunların üretim prosesleri mikroaerobik seviyeden oldukça aerobik koşullara kadar değişir. Buradaki fermantasyon sonuçları, bambu hidrolizatındaki şekerlerin K. pneumoniae büyümesi ve farklı koşullar altında kimyasal üretim için uygun karbon kaynakları olduğuna işaret etmektedir.
Biyokütle hidrolizatını hammadde olarak kullanmak, kimyasal üretim için umut verici bir yöntemdir. Bununla birlikte, önceden muamele edilmiş biyokütleyi yıkamak için gerekli miktarda su ve enzim hidrolizi için gerekli olan uzun süre gibi, halen üstesinden gelinmesi gereken birçok eksiklik bulunmaktadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Acknowledgments
Bu çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Grant No 21576279, 20906076) ve KRIBB Araştırma Girişimi Programı (KGM2211531) tarafından desteklenmiştir.
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).
