Produção de produtos químicos por<em> Klebsiella pneumoniae</em> Usando o hidrolisado de bambu como matéria-prima
Summary
O pó de bambu foi pré-tratado com NaOH e hidrolisado enzimaticamente. O hidrolisado de bambu foi utilizado como matéria-prima para ácido 2,3-butanodiol, R -acetato, ácido 2-cetoglucónico e produção de ácido xilónico por Klebsiella pneumoniae .
Abstract
O bambu é uma biomassa importante e o hidrolisado de bambu é usado por Klebsiella pneumoniae como matéria-prima para produção química. Aqui, o pó de bambu foi pré-tratado com NaOH e lavado até um pH neutro. A celulase foi adicionada ao pó de bambu pré-tratado para gerar o hidrolisado, que continha 30 g / L de glicose e 15 g / L de xilose e foi utilizado como fonte de carbono para preparar um meio para produção química. Quando cultivadas em condições microaeróbicas, 12,7 g / L de 2,3-butanodiol foi produzido pelo tipo selvagem K. pneumoniae . Em condições aeróbicas, 13,0 g / L de R- acetona foi produzida pelo mutante BudC de K. pneumoniae . Uma mistura de 25,5 g / L de ácido 2-cetoglucónico e 13,6 g / L de ácido xilónico foi produzida pelo mutante BudA de K. pneumoniae em uma fermentação controlada com pH de dois estágios com alta suplementação com o ar. Na primeira fase de fermentação, a cultura foi mantida a um pH neutro; Após o crescimento celular, a fermentaçãoN prosseguiu para o segundo estágio, durante o qual a cultura foi deixada a tornar-se ácida.
Introduction
Klebsiella pneumoniae é uma bactéria que cresce bem em condições aeróbicas e anaeróbicas. K. pneumoniae é um importante microorganismo industrial usado para produzir muitos produtos químicos. 1,3-propanodiol é um produto químico valioso que é usado principalmente como um monómero para sintetizar tereftalato de politrimetileno. O tereftalato de politrimetileno é um poliéster biodegradável que apresenta melhores propriedades do que o 1,2-propanodiol, o butanodiol ou o etilenoglicol 1 . 1,3-propanodiol é produzido por K. pneumoniae utilizando glicerol como substrato em condições de oxigenação limitada 2 . O 2,3-butanodiol e os seus derivados têm aplicações no domínio dos plásticos, da produção de solventes e da borracha sintética e podem ser utilizados como biocombustíveis 3 . Com a glicose como substrato, o 2,3-butanodiol é o principal metabolito da linhagem 4 do tipo selvagem. 2,3-butanodiol é sintetizadoDe piruvato. Em primeiro lugar, duas moléculas de piruvato se condensam para produzir o a-acetolactato; Esta reação é catalisada pela a-acetolactato sintase. O α-acetolactato é então convertido em acetoin por a-acetolactato descarboxilase. A R- acetona pode ser ainda reduzida ao 2,3-butanodiol quando catalisada pela butanodiol desidrogenase. Um método eficiente de substituição de genes adequado para K. pneumoniae foi explorado, e muitos mutantes foram construídos 5 , 6 , 7 . Um mutante de budC , que perdeu a sua 2,3-butanodiol desidrogenase, acumula níveis elevados de acetoin em caldo de cultura. A aceetona é utilizada como aditivo para aumentar o sabor dos alimentos 8 . Quando BudA , que codifica α-acetolactato descarboxilase, é mutado, o ácido 2-cetoglucônico se acumula no caldo. O ácido 2-cetoglucónico é utilizado para a síntese de ácido eritórbico (ácido isoascórbico), Um antioxidante usado na indústria alimentar 9 . O ácido 2-cetoglucónico é um intermediário da via de oxidação da glicose; Nesta via, localizado no espaço periplásmico, a glicose é oxidada para o ácido glucônico e depois oxidada para o ácido 2-cetoglucônico. O ácido glucónico e o ácido 2-cetoglucônico produzido no periplasma podem ser transportados para o citoplasma para o metabolismo adicional. A acumulação de ácido 2-cetoglucônico é dependente de condições ácidas e uma suplementação aérea mais favorável à produção de ácido 2-cetoglucônico 10 . Gluconato desidrogenase, codificado por gad , Catalisa a conversão de ácido glucônico em ácido 2-cetolgucônico. O mutante gad de K. pneumoniae produziu altos níveis de ácido glucônico em vez de ácido 2-cetoglucônico, e esse processo também depende de condições ácidas. O ácido glucónico é um ácido orgânico a granel e é usado como aditivo para aumentar as propriedades do cimento 11. A oxidação de glicose para o ácido glucónico é catalisada pela glicose desidrogenase. A xilose também é um substrato adequado de glicose desidrogenase. Quando a xilose é utilizada como substrato, K. pneumoniae produz ácido xilónico 12 .
A produção química usando biomassa como matéria-prima é um tema candente na biotecnologia 13 . Os principais componentes da biomassa são celulose, hemicelulose e lignina. No entanto, estes compostos macromoleculares não podem ser catabolizados diretamente pela maioria dos microorganismos (incluindo K. pneumoniae ). A celulose e as hemiceluloses na biomassa devem ser hidrolisadas para glicose e xilose e podem então ser utilizadas por microorganismos. A presença de lignina em lignoceluloses cria uma barreira protetora que impede a hidrolização de biomassa por enzimas. Assim, um processo de pré-tratamento que remove lignina e hemicelulose e reduz a cristalinidade da celulose é sempre realizado durante a utilização da biomassa por microfoneRoorganismos. Muitos métodos de pré-tratamento foram desenvolvidos: pré-tratamentos ácidos, alcalinos, amoníacos e a vapor são comuns.
O bambu é abundante em regiões tropicais e subtropicais e é um importante recurso de biomassa. Aqui, a preparação de hidrolisado de bambu e produção química usando hidrolisado de bambu são apresentados
Protocol
Representative Results
Discussion
K. pneumoniae pertence ao gênero Klebsiella na família Enterobacteriaceae . K. pneumoniae é distribuído amplamente em ambientes naturais, como solo, vegetação e água 14 . A cepa de K. pneumoniae de tipo selvagem utilizada nesta pesquisa foi isolada do solo e é usada para a produção de 1,3-propanodiol 15 . K. pneumoniae e os mutantes desta espécie produzem muitos produtos químicos sob diferentes condições. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pela National Natural Science Foundation of China (Grant No. 21576279, 20906076) e o Programa de Iniciativa de Pesquisa KRIBB (KGM2211531).
Materials
| 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 |
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