Mérnöki olajos élesztő, mint gazdaszervezet a fermentációs borostyánkősav-előállításhoz glükózból

Mahsa Babaei

1 Vegyészeti és Kőolajipari Tanszék, Tabriz Egyetem, Tabriz, Irán

mint

Kanchana Rueksomtawin Kildegaard

2 A Novo Nordisk Alapítvány Biológiai Fenntarthatósági Központja, Dán Műszaki Egyetem, Lyngby, Dánia

Aligholi Niaei

1 Vegyészeti és Kőolajipari Tanszék, Tabriz Egyetem, Tabriz, Irán

Maryam Hosseini

3 Vegyészmérnöki Tanszék, Műszaki Kar, Azarbaijan Shahid Madani Egyetem, Tabriz, Irán

Sirous Ebrahimi

4 Biotechnológiai Kutatóközpont, Vegyészmérnöki Kar, Sahandi Műszaki Egyetem, Tabriz, Irán

Suresh Sudarsan

2 A Novo Nordisk Alapítvány Biológiai Fenntarthatósági Központja, Dán Műszaki Egyetem, Lyngby, Dánia

Irini Angelidaki

5 Környezetmérnöki Tanszék, Dán Műszaki Egyetem, Lyngby, Dánia

Irina Borodina

2 A Novo Nordisk Alapítvány Biológiai Fenntarthatósági Központja, Dán Műszaki Egyetem, Lyngby, Dánia

Társított adatok

A tanulmányhoz létrehozott összes adatkészlet a cikkben/Kiegészítő anyag található.

Absztrakt

Bevezetés

A borostyánkősav (C4H6O4) egy potenciális platformkémiai anyag, amelyet széles körben alkalmaznak az élelmiszeriparban, a gyógyszertárban, a biopolimerekben, a bevonatokban, a zöld oldószerekben és a lágyítókban (Ahn et al., 2016). A borostyánkősav kémiailag átalakítható más hozzáadott értékű termékekké, például 1,4-butándiol, γ-butirolakton, N-metil-2-pirrolidon, tetrahidrofurán és 2-pirrolidon (Pateraki et al., 2016). A borostyánkősav-piaci kereslet 50 000 tonna volt 2016-ban, és várhatóan 2025-re megduplázódik (Chinthapalli et al., 2018). A borostyánkősav erjesztéssel történő termelésének teljes kapacitása évente körülbelül 64 000 tonna (BioAmber, Myriant - jelenleg GC Innovation America, Reverdia and Succinctly).

Különböző mikrobákat fejlesztettek ki a szukcinát fermentációval történő előállítására. A legnagyobb volumetrikus arányt a bendő baktérium Mannheimia succiniciproducens esetében jelentették. A Sang Yup Lee csoport 78,4 g/l titert jelentett 1,64 mol/mol glükóz hozammal és 6,02 g/l/h teljes térfogat-termelékenységgel glicerin és szacharóz kevert takarmányánál (Lee és mtsai, 2016). A baktériumok fermentációja általában semleges pH-t igényel, és szukcinát sót eredményez. A későbbi feldolgozás során a szukcinátot borostyánkősavvá kell savanyítani, nagy mennyiségű mellékterméket, például gipszet képezve (Sauer et al., 2008). Ez elkerülhető, ha az erjesztést alacsony pH-n kell végrehajtani.

Sok élesztő tolerálja az alacsony pH-t, egyes fajok, mint az Y. lipolytica, 3,5-nél alacsonyabb pH-n is növekedhetnek (Mironczuk et al., 2016). Figyelembe véve a borostyánkősav pKa-értékét 4,2 és 5,6 25 ° C-on (Dean, 1999), a pH 3,5-nél a borostyánkősav több mint 80% -a protonált formában lenne. A Saccharomyces cerevisiae-t borostyánkősav-termelésre tervezte a Reverdia (a DSM és a Roquette közös vállalkozása), amely az etanol fermentációjának megakadályozása érdekében egyéb módosítások mellett megkövetelte a piruvát-dekarboxilázok törlését. 2013-ban a BioAmber/Mitsui az Escherichia coli-ból mint gazdaszervezetből a Candida krusei élesztőre vált át, amely alacsony pH-tűrő törzs, amelyet Cargill fedezett fel (Jansen és van Gulik, 2014).

Az elmúlt évtizedben a nem hagyományos Y. lipolytica élesztőgomba viszonylag jól alkalmazhatóvá vált a genetikai manipulációra, és többszörösen telítetlen zsírsavak (DuPont) és lipidek (Novogy, Total beszerzése) kereskedelmi előállítására lett kifejlesztve. Ennek az élesztőnek hosszú ideje biztonságos a használata, mivel a 80-as években élelmiszer-adalékként és kiegészítőként használták, és ebből a célból átfogó toxicitási teszteken esett át (Zinjarde, 2014). Az Y. lipolytica egyes törzsei a trikarbonsav (TCA) ciklus savainak natív túltermelői: citromsav (Cavallo et al., 2017), izocitrikus (Kamzolova et al., 2013) és α-ketoglutaric (Guo et al., 2016), amely a fajt potenciálisan vonzó gazdaszervezetsé teszi egy másik TCA-ciklusú sav, nevezetesen borostyánkősav előállításához. Kamzolova és munkatársai ennek az élesztőnek azt a képességét használták fel, hogy a borostyánkősav-termeléshez kétlépcsős folyamatban nagy titrát α-ketoglutársavat választott ki. A VKMY-2412 törzset 88,7 g/l α-ketoglutársav előállítására tervezték, amelyet később kémiailag borostyánkősavvá dekarboxileztek H2O2 jelenlétében (Kamzolova és mtsai, 2014a, b).

Asztal 1

A borostyánkősav Yarrowia lipolytica általi előállításának áttekintése.