Biofuel production using lignocellulosic materials as feedstock has nowadays been of great importance with the increasing concerns of economic feasibility and environmental sustainability [1]. Despite the variations in carbohydrate composition of different lignocellulosic feedstocks, after pretreatment and enzymatic hydrolysis, hexoses and pentoses, such as glucose and xylose respectively, are always the major sugars in lignocellulosic biomass hydrolysates [1]. As a consequence, in the bioconversion process of lignocellulosic biomass, beyond depolymerizing sugars from recalcitrant biomass, another major challenge is an efficient fermentation of sugar mixtures by microorganisms [1]. In the presence of both glucose and xylose, most microorganisms generally metabolize sugars sequentially (first glucose and then xylose) since glucose represses other sugar utilizations mediated by a carbon catabolite repression (CCR) mechanism and/or allosteric competition for sugar transporters [2]. This sequential utilization of the sugars by the microorganisms results in extension of the cultivation period and inefficient utilization of the substrates, thereby decreasing the total productivity [3]. Therefore, the bio-economy of converting lignocellulosic biomass into biofuels can be enhanced by co-utilization of the sugars (e.g. glucose, xylose, etc.) [2].
To develop the strains capable of simultaneously utilizing both C5 and C6 sugars and to overcome the obstacles resulting from glucose repression, various approaches have been attempted such as (1) modifying the genes involved in the glucose-signalling and regulatory pathway, (2) expressing the genes for the secondary sugar transporters and catabolic enzymes, and (3) controlling culture conditions in a chemostat, such as glucose concentration and dilution rate [1] and [4]. Among these techniques the bioprocess engineering strategy, called “glucose-limited fed-batch”, has been carried out, but it was found to be impractical at an industrial scale when lignocellulosic biomass was utilized as feedstock because glucose is the most abundant monosaccharide in lignocellulosic biomass [1]. Recently, another new metabolic engineering method has been established by introducing a cellodextrin transporter and an intracellular β-glucosidase (BGL) into host microorganisms with the advantage of little glucose accumulation in the medium, resulting in an effective co-fermentation of cellodextrin and non-glucose sugars [1]. By applying this strategy, Ha et al. [5] & [6] successfully constructed the engineered Saccharomyces cerevisiae which could co-ferment cellobiose and xylose as well as cellobiose and galactose simultaneously and the strain exhibited improved ethanol yields.
During the past few years, co-fermentation of mixed sugars has been intensively investigated for ethanol production, but studies on oleaginous microorganisms for microbial lipid production have been quite limited. Oleaginous microorganisms have the capability to accumulate intracellular lipids to at least 20 wt.% of dry cell weight, and their fatty acid compositions are similar with those found in plant oils [7]. Thus oleaginous yeasts are suggested as good candidates for lipid-based biofuel production [8]. Actually, the capability of simultaneous sugar utilization greatly varies with different strains and also depends on culture conditions. Gong et al. [9] demonstrated that Lipomyces starkeyi simultaneously utilized cellobiose and xylose at their mass ratios of 2:1 and 1:1, while Hu et al. [2] found that Trichosporon cutaneum could consume glucose and xylose in a simultaneous pattern at their mass ratios of 1:2 and 1:1. Among the well-studied oleaginous yeasts, Cryptococcus curvatus has also emerged as an ideal lipid-producing cell factory because its lipid content can reach up to 83 wt.% of dry cell weight with great performance for the utilization of a variety of substrates [10] and [11]. Our previous work revealed that C. curvatus was able to accumulate microbial lipids by using the hydrolysate from dilute acid pretreatment of wheat straw [12]. However, the ability of C. curvatus to effectively utilize mixed sugars has not been studied yet.
Therefore, the aim of this work was to evaluate co-utilization of glucose, xylose and cellobiose by C. curvatus for lipid production in order to design a more efficient cultivation using lignocellulosic hydrolysates. Firstly, the performance of C. curvatus was examined on the mixtures of glucose/xylose, glucose/cellobiose and cellobiose/xylose in terms of sugar consumption as well as cell biomass and lipid production. Then, C. curvatus was cultivated in a sugar mixture made up of cellobiose, xylose and small quantities of glucose to further investigate mixed sugar utilization. This study comprehensively characterized the utilization patterns of glucose, xylose and cellobiose of C. curvatus, and provided an effective strategy to minimize glucose repression on xylose consumption through the co-utilization of cellobiose and xylose for microbial lipid production.
การผลิตไบโอดีเซลโดยใช้วัสดุ lignocellulosic เป็นวัตถุดิบได้ ทุกวันนี้ได้รับความสำคัญกับความกังวลที่เพิ่มขึ้นของความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อม [ 1 ] แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบคาร์โบไฮเดรตของวัตถุดิบ lignocellulosic แตกต่างกันหลังจากการเอนไซม์และ hexoses , เพนโทส เช่นกลูโคสและไซโลส ตามลำดับเสมอน้ำตาลรายใหญ่ใน lignocellulosic มวลชีวภาพของ [ 1 ] อย่างไรก็ดี ในการกระบวนการของชีวมวล lignocellulosic เกิน depolymerizing น้ำตาลจากชีวมวลนอกครู อีกความท้าทายหลักคือมีประสิทธิภาพการหมัก โดยเชื้อจุลินทรีย์ผสมน้ำตาล [ 1 ] ในการปรากฏตัวของทั้งกลูโคสและไซโลส ,จุลินทรีย์ส่วนใหญ่โดยทั่วไปจะเผาผลาญน้ำตาล ( กลูโคสและไซโลส เป็นครั้งแรก ตั้งแต่การใช้น้ำตาลกลูโคส ) ยาบ้าอีกระดับด้วยคาร์บอน catabolite ปราบปราม ( CCR ) กลไกและ / หรือการแข่งขันอัลโลสน้ำตาลตัว [ 2 ]นี้ ( ใช้ของน้ำตาล โดยจุลินทรีย์ ผลในการปลูกและการใช้ประโยชน์จากระยะเวลาที่ขาดสารอาหาร เพื่อลดจำนวนการผลิต [ 3 ] ดังนั้น ไบโอ เศรษฐกิจของการแปลงชีวมวล lignocellulosic เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่สามารถเพิ่มโดยการใช้ Co ของน้ำตาล ( เช่นกลูโคส , ไซโลส , ฯลฯ )
[ 2 ]เพื่อพัฒนาสายพันธุ์ได้พร้อมกันทั้งสองใช้ C5 และ C6 และน้ำตาลที่จะเอาชนะอุปสรรคที่เกิดจากการปราบปรามในวิธีการต่างๆได้รับการพยายาม ได้แก่ ( 1 ) การปรับเปลี่ยนยีนที่เกี่ยวข้องกับกลูโคส สัญญาณหรือ ทางเดิน ( 2 ) การแสดงออกยีนสำหรับขนส่งน้ำตาลและวงเล็บภาษีระดับเอนไซม์( 3 ) การควบคุมสภาพการเลี้ยง ในการเพาะเลี้ยงแบบต่อเนื่อง เช่น ความเข้มข้นของกลูโคสและอัตราการเจือจาง [ 1 ] และ [ 2 ] ในบรรดาเทคนิคเหล่านี้ชื่นวิศวกรรมกลยุทธ์ที่เรียกว่า " กลูโคส จำกัด ได้รับชุด " ได้ดำเนินการออกแต่ก็พบว่าเป็นเรื่องยากมาก ในระดับอุตสาหกรรมเมื่อมวลชีวภาพ lignocellulosic ใช้เป็นวัตถุดิบเพราะกลูโคสเป็นโมโนแซ็กคาไรด์ชุกชุมมากที่สุดใน lignocellulosic ชีวมวล [ 1 ] เมื่อเร็วๆ นี้วิศวกรรมการเผาผลาญอาหารใหม่อีกวิธี ได้ก่อตั้งขึ้นโดยการ cellodextrin ลำเลียงและบีตา - กลูโคซิเดส ( BGL ) เข้าไปในเซลล์จุลินทรีย์โฮสต์กับประโยชน์ของการสะสมกลูโคสใน สื่อ เป็นผลในการหมัก และน้ำตาลกลูโคส cellodextrin จำกัดประสิทธิภาพขององค์กร [ 1 ] โดยการใช้กลยุทธ์นี้ ฮา et al .[ 5 ] [ 6 ] &เรียบร้อยแล้วสร้างวิศวกรรม Saccharomyces cerevisiae ซึ่ง CO ที่หมักไซโลส เช่นเดียวกับที่น้ำตาลกาแล็กโตสพร้อมกันและสายพันธุ์มีการปรับปรุงผลผลิตเอทานอล
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Co การหมักของน้ำตาลที่ผสมได้และเพื่อการผลิตเอทานอลแต่การศึกษาจุลินทรีย์เพื่อการผลิตจุลินทรีย์ที่ผสมด้วยน้ำมันไขมันได้ค่อนข้าง จำกัด ที่ผสมด้วยน้ำมันเชื้อจุลินทรีย์มีความสามารถในการสะสมในเซลล์ไขมัน อย่างน้อย 20 % โดยน้ำหนักของน้ำหนักเซลล์แห้งและองค์ประกอบกรดไขมันของพวกเขามีลักษณะที่คล้ายกับที่พบในน้ำมันพืช [ 7 ] ดังนั้นจึงมีข้อเสนอแนะเป็นผู้สมัครที่ดี โดยยีสต์ที่ผสมด้วยน้ำมันไขมัน ใช้เชื้อเพลิงชีวภาพการผลิต [ 8 ]จริงๆแล้ว ความสามารถในการใช้น้ำตาลพร้อมกันอย่างมากแตกต่างกันกับสายพันธุ์ที่แตกต่างกันและยังขึ้นอยู่กับสภาพวัฒนธรรม กง et al . [ 9 ] แสดงว่า lipomyces starkeyi พร้อมกันใช้ที่ไซโลส ในอัตราส่วน 2 : 1 และ 1 : 1 ของมวล ในขณะที่ Hu et al .[ 2 ] พบว่าสามารถบริโภคได้ cutaneum กลูโคสและไซโลส ในรูปแบบของมวลพร้อมกันที่อัตราส่วน 1 : 2 และ 1 : 1 . ระหว่างศึกษาดีที่ผสมด้วยน้ำมันยีสต์ล. curvatus ได้เกิดยังเป็นอุดมคติโรงงานผลิตเซลล์ไขมัน เพราะไขมันมันสามารถเข้าถึงได้ถึง 83 โดยน้ำหนักเปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักเซลล์แห้ง ด้วยประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้ความหลากหลายของพื้นผิว [ 10 ] และ [ 11 ] งานของเราก่อนหน้านี้พบว่า C . curvatus สามารถสะสมไขมัน โดยใช้จุลินทรีย์จากการเจือจางกรดไฮโดรไลเสทของฟางข้าวสาลี [ 12 ] แต่ความสามารถของ C . curvatus มีประสิทธิภาพใช้น้ำตาลผสมไม่ได้รับการศึกษาเลย
เพราะฉะนั้นงานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อศึกษาการใช้ประโยชน์ของกลูโคสและไซโล จำกัด , ที่ผลิตโดย C . curvatus ไขมันเพื่อที่จะออกแบบการใช้ lignocellulosic มีประสิทธิภาพมากขึ้นของ . ประการแรก การปฏิบัติงานของ C . curvatus ถูกตรวจสอบในส่วนผสมของกลูโคสและไซโลส ,กลูโคสและไซโลส / / ที่ที่ในแง่ของการบริโภคน้ำตาลเช่นเดียวกับการผลิตมวลชีวภาพและเซลล์ไขมัน งั้น , C . curvatus ถูกปลูกในน้ำตาลผสมขึ้นของเซลโลไบโอส , ไซโลส และขนาดเล็กปริมาณของกลูโคสตรวจสอบเพิ่มเติมการใช้น้ำตาลผสม การศึกษานี้ครอบคลุมลักษณะ การใช้รูปแบบของกลูโคสและไซโลส C . curvatus , ที่ ,และให้บริการเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพเพื่อลดการใช้กลูโคสในไซโลส ผ่านการใช้ที่จำกัด และไซโลสสำหรับการผลิตของจุลินทรีย์
การแปล กรุณารอสักครู่..
