评论琥珀酸和多聚腺苷酸Ž一³氨基戊二酸生产生物质利用木质纤维素的浪费

文摘

在这个简短的评论,利用木质纤维素的浪费的可能性生物质发酵生产丁二酸和poly-γ-glutamic酸通过探索了几种典型例子。我们提到,此外,扩大生产规模与fibrous-bed生物反应器的特征。我们希望讨论利用木质纤维素的浪费的潜力和前景的生物质生产有价值的化学物质。

关键字

微生物;琥珀酸;聚-γ-glutamic酸;木质纤维素的生物质浪费;Fibrous-bed生物反应器

介绍

木质生物质,其中包含纤维素(40 - 50%)、半纤维素(25 - 50%)和木质素(10 - 40%),是地球上最丰富的原材料1]。广泛地说,它是分为三类:处女生物量、废弃物生物质能源作物。由于全球人口的快速增长和相应的农业生产活动,木质纤维素的生物质是浪费的数量增加,这会导致一个重大问题来解决它。传统的处理方法包括掩埋、焚烧和堆肥。不幸的是,这些方法受环境污染或经济限制2- - - - - -4]。最近的研究报道农业废弃物利用木质纤维素的生物转化成高价值的化学物质(5,6]。访问这个生物转化是将木质纤维素的农业废弃物转化为可发酵糖。在这个简短的评论,我们将讨论利用木质纤维素的生物质生产琥珀酸的浪费和poly-γ-glutamic酸,以及生产力的提高也被称为fibrous-bed生物反应器。

琥珀酸和Poly-γ-Glutamic酸生产生物质与不同的木质纤维素的浪费

琥珀酸和poly-γ-glutamic酸可以从糖类如葡萄糖,果糖和木糖,麦芽糖。糖可以自然中间体的生物转化木质纤维素的生物质浪费,但糖往往阻碍了植物细胞壁的固执(7]。理化,结果,不同的物理和化学预处理方法进行了探讨,包括机械粉碎、热解、流爆炸,酸性或碱性水解。

江等人甘蔗蔗渣与稀硫酸预处理,然后利用纤维素酶把纤维素和半纤维素转化为纤维二糖。他们的工作证实纤维二糖可以作为一个潜在的琥珀酸发酵的碳源答:succinogenes,最后一个琥珀酸浓度的30.3 g / L,收益率为67.8%是实现通过分批发酵厌氧瓶8]。刘等人使用甘蔗蔗渣水解含50.7 g / L的还原糖生产琥珀酸在3 L发酵罐。使用E 120 h后馈料式发酵。杆菌BA305,琥珀酸浓度为39.3 g / L (9]。我们组还多收经验废弃物生物质转化为有价值的化学物质。玉米胚芽蛋白酶解物的玉米秸秆、玉米核心、稻草和麦秸分别研究了琥珀酸发酵的碳资源答:succinogenes。结果表明,玉米秸秆的水解是优于大米或小麦秸秆发酵的琥珀酸(10]。此外,不同的预处理方法的酸水解、碱水解、氨水浸泡和蒸汽爆炸相比,玉米秸秆木质纤维素的废弃物生物质用作模型。结果表明,0.1% (v / v)的稀碱预处理对琥珀酸生产是最有利的方法。此外,同步糖化和发酵技术应用答:succinogenes在5 l发酵罐,琥珀酸浓度和产量可能达到47.4 g / l和72%,分别为(11]。在另一个工作,sugarcanecane预处理蔗渣由饲料enzymolyzed“鸡尾酒”含有纤维素酶、木聚糖酶、β-glucanase和果胶酶提高葡萄糖和木糖的收益率。最后一个馈料式发酵3 l生物反应器中进行答:succinogenes,琥珀酸浓度高达70.8 g / L可以获得的收益率81.5%12]。

poly-γ-glutamic酸生产的试验中木质纤维素的浪费生物量、许等人把玉米棒子纤维与氢氧化钠和盐酸获得玉米胚芽蛋白酶解物包括葡萄糖、木糖和阿拉伯糖,可以的枯草芽孢杆菌并导致24.92 g / L的产物浓度(13]。大肠杆菌是设计赋予的能力co-fermenting glucosexylose混合物在甘蔗蔗渣水解物(14]。Poly-γ-glutamic酸生产通过固态发酵与枯草芽孢杆菌也进行的干蘑菇残留物和味精生产残留,实现的结果115.6 g / kg Poly-γ-glutamic酸和39.5 x 108集落形成单位的g - 1细胞级15]。唐等人也用枯草芽孢杆菌poly-γ-glutamic酸生产。他们发现木糖更适合细胞生长而不是生物合成与葡萄糖相比,从而引入了一个两阶段的水解过程稻草分别提取葡萄糖和木糖。之后,一起共同策略应用于获得一个更高的产品积累细胞生长周期较短(16]。

琥珀酸和Poly-γ-Glutamic酸生产使用Fibrous-Bed生物反应器

Fibrous-bed反应堆开发与细胞固定化纤维矩阵,据报道提供高细胞密度的优点,长期稳定性和高产量,从而有利于飞行员或工业规模生产。燕等人第一次与棉毛巾布捏造fibrous-bed反应堆repeated-batch和馈料式的琥珀酸发酵a succinogenes;结果显示98.7 g / L的琥珀酸浓度89%的产量和生产力为2.77 g / L / h时实现重复馈料式发酵(17]。此外,类似的生物反应器研究连续发酵,展出18天的长期稳定且没有明显的波动在琥珀酸和细胞密度(18]。相比之下,一个固定化和使用塑料复合suspended-cell系统支持旨在保留高生物量浓度,导致34 g / L的最大琥珀酸浓度与收益率为88%,38 h孵化的19]。使用外部膜细胞再循环系统,a succinogenes 130 z细胞浓度在连续培养增加到16.4 g / L h 0.2稀释率¹(20.]。

许等人开发了一个有氧植物fibrous-bed poly-γ-glutamic酸生产生物反应器。值得注意的是,甘蔗蔗渣作为细胞固定化载体,缩短发酵时间从72 h 48 h。产物浓度和生产力平均为71.21 g / L和1.246 g / L / h是通过细胞固定化的甘蔗渣,重用的八倍是457 h (21]。根据他们的研究,细胞适应在这个fibrous-bed生物反应器细胞膜渗透率较低和关键酶活性高于原始细胞,从而拥有更大的宽容基质和最终产品。

结论

尽管有价值的化学物质的利用木质纤维素的废弃物生物质资源回收以及消除竞争的好处使用淀粉基的食物,两个问题也与预处理方法的普遍方法,特别是酸性和碱性水解。一个是边产品的介绍可溶性酚类化合物的水解糖,这是有毒的细胞。另一个是一代的废水。前者可以通过一个解毒的过程来解决发酵过程之前。然而,到目前为止,还没有报告的碱处理废水在生产琥珀酸和poly-γ-glutamic酸,工业应用上投下了阴影。为了提高利用木质纤维素的浪费了宝贵的生物质化学品生产、木质纤维素的生物质浪费的治疗方法仍应优化适应实际应用,而且应该有一个系统的通路从原材料加工到最终的废水处理。此外,至于fibrous-bed反应堆的制造和操作,重点仍放在生物反应器结构和支持细胞吸附为了克服质量传递限制,稳定细胞,使操作可行性。

确认

作者感谢金融支持中国的国家自然科学基金(批准号21604032),工业生物技术重点实验室开放项目,教育部,江南大学(批准号KLIB-KF201501),中央大学的基础研究基金(批准号JUSRP51504 JUSRP116031),江苏省产学研合作项目(批准号BY2015019-37)和关键项目国家科技支柱计划在“十二五”规划期间(批准号2015 bad15b04)。

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