Crude oil is not only used for energy production but is also an
important source for fine chemicals and raw material for
plastics. In times of rapid oil depletion and climatic change,
it is urgently needed to find sustainable and eco-friendly
alternatives for both energy and chemical demands.
Dicarboxylic acids may be suitable candidates as they can
serve as polymerization starter units due to their
bifunctionality and can be easily converted to other important
fine chemicals. The three 1,4-dicarboxylic acids succinic,
malic, and fumaric acids are not only produced by every living
organism as part of the tricarboxylic acid (TCA) cycle but also
have been identified as one of the top 12 value-added
chemicals from biomass by the U.S. Department of Energy
(Werpy and Petersen 2004).
Although the above-mentioned organic acids are part of the
TCA cycle, they do not always accumulate in every organism
and under normal conditions. But certain genera of filamentous
fungi, e.g., Rhizopus and Aspergillus, are known to
produce large quantities of fumaric and malic acids and secrete
them into the culture broth when cultured under stress
conditions (Abe et al. 1962; Battat et al. 1991; Bercovitz et al.
1990; Foster and Waksman 1939; Magnuson and Lasure
2004; Peleg et al. 1988, 1989). In case of, e.g., nitrogen
limitation and simultaneous excess of carbon source, these
fungi accumulate fumaric and malic acids as end products of
the reductive TCA cycle located in the cytosol (Goldberg et al.
1991, 2006). One key enzyme of the reductive TCA cycle is
pyruvate carboxylase which catalyzes the reaction from
L-Malic acid and fumaric acid are currently used in food
applications as acidulants and taste enhancer. Malic acid is
also applied in metal cleaning and finishing, textile finishing,
electroless plating, pharmaceuticals, medical infusions, and
paints (Goldberg et al. 2006).
Even without metabolic engineering approaches, some
filamentous fungi achieve high concentrations of organic
acids and impressive yields near the theoretical maximum.
By using an integrated system of simultaneous fermentation
and absorption, Cao et al. (1996) produced 85 g/L fumaric
acid with Rhizopus oryzae in 20 h based on 100 g/L glucose
which corresponds to 91 % of the theoretical maximum yield.
For malic acid production, the highest concentrations and
yields were reported by Battat et al. (1991) who fermented
Aspergillus flavus in a stirred tank bioreactor. They achieved
113 g/L malic acid based on 120 g/L glucose which corresponds
to a molar yield of 1.26. Unfortunately, A. flavusis also
known to produce the highly carcinoogenic mycotoxin aflatoxin
and is therefore not suited for food applications. The
closely related Aspergillus oryzae does not produce mycotoxins,
holds the GRAS status, and is since ancient times
widely used in the Asian food industry applied in soy and rice
fermentations. It is also known to produce different organic
acids like succinic, malic, and fumaric acids, whereas its
amount and ratio are strain dependent. Malic acid production
of A. oryzae strain NRRL3488 was significantly enhanced by
metabolic engineering as recently reported by Brown et al.
(2013), although it is not a top producer compared to A. flavus.
The engineered strain achieved in 164 h of fermentation a
molar yield of 1.38 which is even higher than that reported by
Battat et al. (1991).
Despite the great potential of filamentous fungi to produce
organic acids, a commercial bioprocess does not exist to date
due to a lack of economic viability. Therefore, fumaric and
malic acids are still exclusively derived from petroleum. Malic
acid is an intermediate-volume chemical with an estimated
annual production of 40,000 tons. It is derived from n-butane
or benzene via hydration of maleic acid under high pressure
and high temperature as a racemic mixture of the D- and Lenantiomers
(Goldberg et al. 2006; Roehr and Kubicek 1996).
To solve the problem of inefficiency of biotechnological processes,
several aspects have to be taken into account. Strain
development to enhance the production potential is one important
step, and the results published by Brown et al. (2013)
are very promising. Nevertheless, without an improved process
and a careful medium optimization, the maximum production
potential cannot be reached. Additionally, production
costs can be reduced by using waste or low-cost substrates.
The second important point is the application of renewable
carbon sources in order to prevent the “food or fuel” discussion
which would be a problem when using glucose as a
carbon source. Therefore, the aims of this study are (1) a
careful characterization of the production process developed
in our lab to determine weaknesses and optimization potentials,
(2) to test whether the waste substrate glycerol and the
renewable carbon source xylose are suitable for malic acid
production, and (3) to elucidate whether changing the carbonto-nitrogen
(C/N) ratio has an impact on the production of
fumaric and malic acids.
น้ำมันดิบไม่เพียงใช้สำหรับการผลิตพลังงาน แต่ยังเป็นแหล่งสำคัญสำหรับสารเคมีที่ดีและวัตถุดิบสำหรับพลาสติก ในช่วงเวลาของการสูญเสียน้ำมันอย่างรวดเร็วและการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศจะมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะหาที่ยั่งยืนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมทางเลือกสำหรับทั้งพลังงานและความต้องการสารเคมี. กรด Dicarboxylic อาจจะเป็นผู้ที่เหมาะสมที่พวกเขาสามารถทำหน้าที่เป็นหน่วยเริ่มต้นพอลิเมอเนื่องจากการของพวกเขาbifunctionality และสามารถ แปลงได้อย่างง่ายดายเพื่ออื่น ๆ ที่สำคัญสารเคมีที่ดี สามกรด 1,4-dicarboxylic ซัค, มาลิกและกรด fumaric ไม่เพียงแต่ผลิตโดยมีชีวิตทุกชีวิตเป็นส่วนหนึ่งของกรด tricarboxylic (TCA) รอบ แต่ยังได้รับการระบุว่าเป็นหนึ่งในด้านบน12 ที่มีมูลค่าเพิ่มสารเคมีจากชีวมวลโดยกระทรวงพลังงานสหรัฐ(Werpy และปีเตอร์เสน 2004). แม้ว่าดังกล่าวข้างต้นกรดอินทรีย์เป็นส่วนหนึ่งของวงจร TCA, พวกเขาไม่เคยสะสมในสิ่งมีชีวิตทุกคนและภายใต้สภาวะปกติ แต่จำพวกหนึ่งของเส้นใยเชื้อราเช่นเชื้อรา Rhizopus และ Aspergillus เป็นที่รู้จักกันในการผลิตในปริมาณมากของฟูมาริกและกรดมาลิกและหลั่งพวกเขาลงในน้ำซุปวัฒนธรรมเมื่อเพาะเลี้ยงภายใต้ความเครียดเงื่อนไข(เอ็บ et al, 1962;. Battat et al, 1991;. Bercovitz et al. 1990; ฟอสเตอร์และ Waksman 1939; Magnuson และ Lasure 2004; Peleg et al, 1988, 1989). ในกรณีเช่นไนโตรเจนข้อ จำกัด และส่วนเกินพร้อมกันของแหล่งคาร์บอนเหล่านี้เชื้อราสะสมฟูมาริกและกรดมาลิกเป็นผลิตภัณฑ์ที่สิ้นสุดของวงจรTCA ลดลงอยู่ในเซลล์ (โกลด์เบิร์ก et al. 1991, 2006) เอนไซม์ที่สำคัญหนึ่งของวงจร TCA ลดลงเป็นคาร์บอกซิไพรูซึ่งกระตุ้นปฏิกิริยาจากกรดL-Malic และกรด fumaric ถูกนำมาใช้ในปัจจุบันอาหารการใช้งานเป็นขาเข้าและเพิ่มรสชาติ กรดมาลิกจะนำไปประยุกต์ใช้ในการทำความสะอาดโลหะและการตกแต่งการตกแต่งสิ่งทอชุบไฟฟ้า, ยา, เงินทุนทางการแพทย์และสี(โกลด์เบิร์ก et al. 2006). แม้จะไม่มีวิธีการวิศวกรรมการเผาผลาญอาหารบางเชื้อราบรรลุความเข้มข้นสูงของอินทรีย์กรดและอัตราผลตอบแทนที่น่าประทับใจใกล้ทางทฤษฎีสูงสุด. โดยการใช้ระบบบูรณาการของการหมักพร้อมกันและการดูดซึมเฉา et al, (1996) ผลิต 85 กรัม / ลิตร fumaric กรดกับ Rhizopus oryzae ใน 20 ชั่วโมงขึ้นอยู่กับ 100 กรัม / น้ำตาลกลูโคส L ซึ่งสอดคล้องกับ 91% ของผลผลิตสูงสุดตามทฤษฎี. สำหรับการผลิตกรดมาลิกที่มีความเข้มข้นสูงสุดและอัตราผลตอบแทนที่ได้รับรายงานจาก Battat et al, . (1991) ที่หมักเชื้อราAspergillus flavus ในถังกวนเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ พวกเขาประสบความสำเร็จ113 กรัม / ลิตรกรดมาลิกบนพื้นฐานของ 120 กรัม / ลิตรน้ำตาลกลูโคสซึ่งสอดคล้องกับที่จะเป็นอัตราผลตอบแทน1.26 โมลของ แต่น่าเสียดายที่เอ flavusis ยังเป็นที่รู้จักกันในการผลิตสารพิษจากเชื้อราอะฟลาท็อกซินcarcinoogenic สูงและดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับการใช้งานเป็นอาหาร Aspergillus oryzae เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดไม่ได้ผลิตสารพิษจากเชื้อรา, ถือสถานะ GRAS และเป็นมาตั้งแต่สมัยโบราณใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหารเอเชียนำไปใช้ในถั่วเหลืองและข้าวหมักแหนม เป็นที่รู้จักกันในการผลิตที่แตกต่างกันอินทรีย์กรดเช่นซัค, มาลิกและกรดฟูมาริกในขณะที่จำนวนและอัตราที่มีสายพันธุ์ที่ขึ้นอยู่กับ Malic การผลิตกรดของA. oryzae NRRL3488 ความเครียดที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญได้โดยวิศวกรรมการเผาผลาญตามที่รายงานเมื่อเร็วๆ นี้โดยบราวน์ et al. (2013) แม้ว่ามันจะไม่ได้เป็นผู้ผลิตชั้นนำเมื่อเทียบกับ A. flavus. ความเครียดออกแบบที่ประสบความสำเร็จใน 164 ชั่วโมงของการหมักผลผลิตกราม 1.38 ซึ่งเป็นที่สูงยิ่งขึ้นกว่าที่รายงานโดยBattat et al, (1991). แม้จะมีศักยภาพที่ดีของเชื้อราในการผลิตกรดอินทรีย์เป็นกระบวนการชีวภาพในเชิงพาณิชย์ไม่อยู่ถึงวันที่เกิดจากการขาดการมีชีวิตทางเศรษฐกิจ ดังนั้นฟูมาริกและกรดมาลิกยังคงมาจากปิโตรเลียมเฉพาะ Malic กรดเป็นสารเคมีที่เป็นสื่อกลางในปริมาณที่มีประมาณการผลิตปีละ 40,000 ตัน มันมาจาก n-บิวเทนหรือเบนซินผ่านความชุ่มชื้นของกรดอัตราส่วนภายใต้ความดันสูงและอุณหภูมิสูงเป็นส่วนผสมของD-และ Lenantiomers (โกลด์เบิร์ก et al, 2006. Roehr และ Kubicek 1996). เพื่อแก้ปัญหาการขาดประสิทธิภาพของ กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพ, หลายด้านจะต้องนำมาพิจารณา สายพันธุ์การพัฒนาเพื่อเพิ่มศักยภาพการผลิตเป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญขั้นตอนและผลการตีพิมพ์โดยบราวน์, et al (2013) ที่มีแนวโน้มมาก อย่างไรก็ตามโดยไม่ต้องมีกระบวนการที่ดีขึ้นและการเพิ่มประสิทธิภาพสื่อระวังการผลิตสูงสุดที่อาจเกิดขึ้นไม่สามารถเข้าถึง นอกจากนี้การผลิตค่าใช้จ่ายจะลดลงโดยการใช้ของเสียหรือพื้นผิวที่มีต้นทุนต่ำ. จุดสำคัญที่สองคือการประยุกต์ใช้ทดแทนแหล่งคาร์บอนเพื่อป้องกันไม่ให้ "อาหารหรือน้ำมันเชื้อเพลิง" การอภิปรายซึ่งจะเป็นปัญหาเมื่อใช้กลูโคสเป็นแหล่งคาร์บอน. ดังนั้นจุดมุ่งหมายของการศึกษาครั้งนี้คือ (1) ลักษณะระมัดระวังในขั้นตอนการผลิตที่พัฒนาขึ้นในห้องปฏิบัติการของเราเพื่อตรวจสอบจุดอ่อนและศักยภาพการเพิ่มประสิทธิภาพ(2) เพื่อทดสอบว่ากลีเซอรีนสารตั้งต้นของเสียและที่แหล่งคาร์บอนทดแทนไซโลสเหมาะสำหรับกรดมาลิกการผลิตและ (3) เพื่ออธิบายว่าการเปลี่ยนแปลง carbonto ไนโตรเจน(C / N) อัตรามีผลกระทบต่อการผลิตของฟูมาริกและกรดมาลิก
การแปล กรุณารอสักครู่..

น้ำมันดิบคือไม่เพียง แต่ใช้สำหรับการผลิตพลังงาน แต่ยังเป็นแหล่งสำคัญสำหรับเคมีภัณฑ์ดี
และวัตถุดิบพลาสติก ในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงทางภูมิอากาศและน้ำมันอย่างรวดเร็ว , มันคือ
ต้องการด่วนหาอย่างยั่งยืนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
ทางเลือกสำหรับความต้องการพลังงานและสารเคมี .
dicarboxylic กรดอาจเป็นผู้สมัครที่เหมาะสมที่พวกเขาสามารถ
ใช้เป็นสารเริ่มต้นของหน่วยเนื่องจาก bifunctionality
และสามารถแปลงได้อย่างง่ายดายเพื่อปรับสารเคมีสำคัญ
อื่น ๆ 3 1,4-dicarboxylic กรดซัคซินิกและกรด Fumaric
malic , , ไม่เพียง แต่ผลิตโดยสิ่งมีชีวิต
อินทรีย์เป็นส่วนหนึ่งของ tricarboxylic acid ( TCA ) รอบแต่ยัง
ได้รับการระบุว่าเป็นหนึ่งในด้านบน 12 มูลค่าเพิ่ม
สารเคมีจากชีวมวลโดยสหรัฐ .กรมพลังงาน
( werpy Petersen และ 2004 ) .
ถึงแม้ว่าดังกล่าวข้างต้นกรดอินทรีย์เป็นส่วนหนึ่งของ
วัฏจักร TCA , พวกเขาไม่มักจะสะสมในสิ่งมีชีวิตทุก
และภายใต้เงื่อนไขปกติ แต่บางจำพวกของเส้นใยเชื้อราและเชื้อรา
เช่น Aspergillus , เป็นที่รู้จักกัน
ผลิตปริมาณมากของและ malic กรด Fumaric และหลั่ง
มันเป็นวัฒนธรรมซุปเมื่อเพาะเลี้ยงภายใต้สภาวะความเครียด
( อาเบะ et al . 1962 ; battat et al . 1991 ; bercovitz et al .
1990 ; อุปถัมภ์ และแวคสแมน 1939 ; และแมคนูสัน lasure
2004 ; เปเลก et al . 1988 , 1989 ) กรณีเช่น มีข้อจำกัดและไนโตรเจนส่วนเกิน
พร้อมกันของแหล่งคาร์บอน เชื้อราเหล่านี้สะสมและ malic กรด Fumaric
เป็นผลิตภัณฑ์ของส่วน reductive TCA รอบตั้งอยู่ในไซโตซอล ( โกลด์เบิร์ก et al .
1991 , 2006 ) หนึ่งที่สำคัญของการลดลงของเอนไซม์ไพรูเวทคาร์บอกซีเลสที่ TCA
l-malic และปฏิกิริยาจากกรดและกรด Fumaric ในปัจจุบันใช้ในอาหาร
การใช้งานเป็น acidulants และรสชาติ Enhancer . กรดมาลิกเป็น
ยังใช้ในโลหะทำความสะอาดและตกแต่งสิ่งทอตกแต่ง
ชุบไฟฟ้า ยาinfusions ทางการแพทย์และ
สี ( โกลด์เบิร์ก et al . 2006 ) .
ยังไม่มีแนวทางการปรับปรุงบาง
เป็นเชื้อราให้ความเข้มข้นสูงของกรดอินทรีย์และผลผลิตที่น่าประทับใจอยู่ใกล้
สูงสุดทางทฤษฎี โดยการใช้ระบบบูรณาการของ
หมักพร้อมกันและการดูดซึม เคา et al . ( 1996 ) ที่ 85 กรัม / ลิตรกรด Fumaric
Rhinoceros ใน 20 ชั่วโมงจาก 100 กรัม / ลิตร
กลูโคสซึ่งสอดคล้องกับ 91 % ของผลผลิตสูงสุดตามทฤษฎี
สำหรับการผลิตกรด malic , ความเข้มข้นสูงสุดและผลผลิตได้รายงานโดย
battat et al . ( 1991 ) ที่หมัก
การควบคุมเชื้อราในถังหมักแบบกวน . พวกเขาได้
0 g / l กรด malic ขึ้นอยู่กับ 120 กรัมต่อลิตรและกลูโคสซึ่งสอดคล้องกับผลผลิต
โมล 1.26 เท่า ขออภัย flavusis ยัง
Aรู้จักผลิตสารพิษจากเชื้อราอะฟลาท็อกซินสูง carcinoogenic
และดังนั้นจึงไม่เหมาะกับงานอาหาร
เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด Aspergillus oryzae ไม่ผลิตไมโครท็อกซิน
ถือราส์ , สถานะ , และตั้งแต่สมัยโบราณ
ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหารในเอเชียใช้ในถั่วเหลืองและข้าว
fermentations . มันเป็นที่รู้จักกันในการผลิตกรดอินทรีย์ malic ซัคซิ
แตกต่างกันเช่น , ,กรดฟูมาริคและส่วนของปริมาณและอัตราส่วนจะเมื่อย
ขึ้นอยู่กับ การผลิตกรด malic
A . oryzae nrrl3488 ความเครียดอย่างมีนัยสำคัญปรับปรุง
วิศวกรรมการเผาผลาญอาหารเป็นเมื่อเร็ว ๆนี้รายงานโดย บราวน์ et al .
( 2013 ) แม้ว่าจะไม่ได้เป็นผู้ผลิตด้านบนเมื่อเทียบกับ A . flavus .
วิศวกรรมเมื่อยได้ 164 H ของการหมัก
กรามผลผลิต 1.38 ซึ่งมากกว่าที่รายงาน โดย
การแปล กรุณารอสักครู่..
