枯草芽孢杆菌LB5a同时生产Surfactin和2,3-丁二醇替代底物的优化

摘要

在这篇简短的评论中，我们介绍了白色技术，即利用不同的废物组成最佳培养基，同时生产surfactin和2,3-丁二醇。此外，我们结合了两种类型的2,3-丁二醇分析:固相微萃取和液-液萃取。同时生产生物化学品是最有趣的策略之一，它可能导致生产的商业可行性。

关键字

Surfactin;2、3-Butanediol;枯草芽孢杆菌；同时生产;培养基优化

简介

白色的生物技术是绿色化学概念的一个重要分支。它涉及新的生产/应用或生物化学品取代化学品。因此,生物技术过程的酶在世界范围内，多肽、生物表面活性剂等的工业规模正在增加。一些理论指出了生物表面活性剂生产的原因微生物:(i)抑制其他细胞的生长，(ii)储存能量，(iii)调节细胞膜附着与脱离，(iv)溶解疏水化合物，(v)增加膜的通透性，(vi)保护(层)微生物免受高离子强度的影响[1，2］．在生物表面活性剂的类型中，表面活性剂是最著名的一种，它是一种与β -羟基脂肪酸(12-16个碳)相连的七肽(环)[3.，4］．表面活性剂具有很强的表面活性(如水:在低至10mg /L时从72 - 27mn /m不等)，并具有抗病毒、抗肿瘤等生物学特性。[3.，4］．

另一种显著的生化物质是2,3-丁二醇，它可用于生产印刷油墨、香水、熏蒸剂、保湿剂、软化剂、炸药、防冻剂[5];调味剂，聚氨酯前体[6];化妆品(7];食物、药物[5，7];增塑剂(5，6];橡胶，[5-7］．

在任何生物技术生产期间(发酵)合成了许多化合物(如酶、香料等)，其中一些生物化学物质可能具有高附加值。因此，同时生产总是要研究的。同时生产不需要任何实施(设施)，但值得注意的是，必须达到两种(或多种)生物化学物质的高生产率(有时两种生物化学物质的最佳生产条件不相同)。此外，还需要制定一套全新的净化工艺。在我们之前的研究中，通过实验证明了同时生产表面素和2,3-丁二醇的技术可行性枯草芽孢杆菌LB5a，其中培养基由木薯废水、乳清(2工业废物)和活性炭。

以工业废弃物为培养基生产表面素

据预测，培养基约占生产成本的30% [8，9］．因此，使用工业废料作为培养基将对生产的商业可行性产生重大影响。已经研究了一些工业废料作为表面素生产的培养基，许多报告详细描述了用木薯废水作为基质生产表面素的情况。

Andrade等人已经报道了泡沫溢出回收表面素的方法。[8］．泡沫溢出是一种有利的生物表面活性剂回收策略，因为它是一种相当简单的技术，而且生物表面活性剂的回收率很高[8］．生产表面素时培养基中活性炭的存在会影响泡沫溢出，因为活性炭吸附表面素胶束[10］．另一方面，活性炭增强(刺激细胞生长作为生物膜)表面素的生产(36倍)。

以工业废料为培养基生产2,3-丁二醇的研究

2,3-丁二醇的生成是一个生长相关的过程[11，12］．通常可达到100 g/L的高产率，如Zhang等。11]在他们的研究中，粘质沙雷菌H30以蔗糖为碳源生产2,3-丁二醇。乙酰乙素和2,3-丁二醇的最高浓度为139.92 g/L。如前所述，工业废物的利用生物技术过程是一种非常有趣的方法。在这个意义上，Wong等人。[12]描述了2,3-丁二醇的生产克雷伯氏菌sp. Zmd30以水解稻草为培养基。作者报道了2,3-丁二醇的最高产量约为25 g/L。

同时生产生物化学品

同时生产是最具潜力的克服生产成本的策略之一。然而，这个话题还没有被深入研究。大多数研究集中在糖化和发酵同时进行，如Li等。13]利用悬铃木叶经细菌和He等同时糖化发酵制氢[14]描述了半同步糖化和发酵使用纳皮尔草生产丙酮-丁醇-乙醇(ABE发酵)。

其他一些研究专门针对同时生产两种生物化学物质，例如Wu等人。[15，详细说明了生物聚合物细菌同时产生细胞外鞘蛋白Ss和细胞内聚(r -3-羟基丁酸)Sphingomonas sanxanigenensNX02和阿隆索等人。[16]，研究了由葡萄糖和乳清组成的培养基同时生产乳酸和葡萄糖酸。据我们所知，我们之前的报告是第一个同时使用表面素的生物技术生产。

与生产surfactin和生产2,3-丁二醇的两种生物工艺相比，同步策略产生(就生产率而言)更少的残留物。此外，表面素和2,3-丁二醇的潜在有害影响不存在环境问题。因此，废物处理程序应集中在生物处理后的生物量(细菌)-培养基的灭菌。

在培养基方面，木薯废水中含有氰化物，对环境有害。因此，木薯废水的热预处理对于木薯废水的脱氰和后续利用是必不可少的。从这个意义上说，乳清不含任何特定的有害化合物。然而，乳清和木薯废水都有很高的生化需氧量，这也意味着环境问题。

值得注意的是，木薯作物种植和乳清生产(奶酪制作过程)是全年进行的，其中成分的变化可以忽略不计(优势供应)。这一特性可以很好地控制生物过程，即使使用两种农用工业残留物作为底物。

结论

任何生物过程的同时生产都应进行研究。这种类型的策略可能会导致生产的商业可行性，因为它有望降低生产成本。从这个意义上说，使用工业废料作为培养基非常符合绿色化学概念(白色工业)，也有利于商业可行性。在我们之前的研究中，surfactin和2,3-丁二醇的最佳培养基组成为乳清(27.7 g/L)、活性炭(25 g/L)和木薯废水(74 g/L)。因此，这两种高价值的生物化学品都是用低附加值的基质生产的。

确认

作者非常感谢São保罗州立研究基金会(Fapesp)的财政支持(项目编号2011/24184-8)，巴西纳米技术国家实验室(CNPEM机构)和São保罗大学理工学院化学工程系在我们之前的研究中的合作。

参考文献

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