Янтарна кислота

Янтарна кислота (SA) відповідає відомій хімічній хімічній речовині, що використовується як попередник у промисловому синтезі різних хімічних сполук.

Пов’язані терміни:

Цитрат
Глюкозамін
Фермент
Білок
Глюконова кислота
Глюкоза
Молочна кислота
Арабіноза
Галактоза
Сахароза

Завантажити у форматі PDF

Про цю сторінку

Промислові біотехнології та товарна продукція

3.15.2.2 Процес на біологічній основі

Таблиця 1. Порівняння виробництва бурштинової кислоти різними мікроорганізмами

Організм Титр сукцинату (g l -1) Вихід сукцинатів (моль моль -1) Продуктивність (g l -1 h h -1) Ферментація; середній; умова a Довідка

A. succiniciproducens
(а)	ATCC53488	50.3	1,37	2.09	B; Glc (58 г l -1) та 10 г l -1 Csl 300 мМ Na2CO3; Спаривання CO2, інкубація протягом 24 годин	[10]
(b)	ATCC53488	83,0	1,35	10.40	Cont (інтегрований мембранний біореактор-процес електродіалізу); Glc (120 г l -1) у середовищі на основі Pn/Ye; Спаринг CO2, інкубація 150 год	[27]
А. сукциногени
(c)	130Z; Дикий тип	79	1,37	2.19	B; Glc (100 г л −1) з 15 г л −1 Csl і Ye, 80 г л −1 MgCO3; Спаринг CO2, інкубація 36 год	[12]
(d)	FZ53	106,0	1,25	1.36	B; Glc (130 г l -1) з 15 g l -1 Csl і 5 g l -1 Ye, 80 г l -1 MgCO3; 78 год інкубації	[13]
M. succiniciproducens
(e)	MBEL55E; Дикий тип	14,0	1.06	1,87	B; Glc (20 г l -1) в MH (середовище на основі Ye/Ppn), 10 г l -1 MgCO3; Розрідження СО2 0,25 об./Хв., Інкубація 7,5 год	[19]
(f)	LPK7; ldhA: Km R, pflB: Cm R, pta-ackA: Sp R	52.4	1.16	1.80	FB; Glc (63 г л -1) у MMH3 (середовище на основі Ye); 0,25 об./Кв. М. Розрідження CO2, інкубація 30 год	[21]
C. glutamicum
(g)	R; Дикий тип	23,0	0,29	3.83	FB; Glc (40 г l -1; 121 г загального Glc) у визначеному мінеральному сольовому середовищі, 400 мМ NaHCO3; Аеробне культивування протягом 13 год, ініціюють отримання з 30 г сухої клітини/л, 6 год інкубації	[29]
(h)	R мутант/pCRA717; △ ldhA, pyc +	83,0	1,37	11.80	FB; Glc (72 г л-1; 158 г загального Glc) у визначеному мінеральному сольовому середовищі, початкові 400 мМ NaHCO3 і додані з перервами; Аеробне культивування протягом 13 год, ініціюють отримання з 50 г-сухих клітин/л, 7 год інкубації	[30]
Кишкова паличка
(i)	AFP111/pTrc99a-pyc; △ pflAB: Cm R, ldhA: Km R, ptsG -, pyc +	99,2	1,68	1.31	Подвійна фаза-FB; Glc (40 г l −1; 90 г загального Glc) і 20 г l −1 Trn, 10 г l −1 Ye та 40 г l −1 MgCO3; 76 год інкубації	[37]
(j)	SBS550MG/pHL413; △ adhE, ldhA, iclR, △ ack-pta: Cm R, pyc +, citZ +	40,0	1.61	0,80	FB; Glc (20 г 1 -1; 100 г загального Glc) в LB з 1 г 1 -1 NaHCO3, 200 мг 1 -1 ампіциліну та 1 мМ IPTG; 100% СО2 при 1 л/хв STP, 95 годин інкубації	[2]
(k)	HL27659k/pKK313; △ sdhAB, △ ackA-pta, △ poxB, △ iclR, △ ptsG, ppc+	58.3	0,94	1.08	FB; Glc (106 г l −1) та 20 г l Trn, 32 г l −1 Ye та 2 г l −1 NaHCO3; Повний аеробний стан, інкубація 59 год	[23]
(л)	JK060; △ ldhA, △ adhE, △ ackA, △ focA, △ pflB	86,6	1.41	0,90	B; Glc (100 г/-1) в середовищі AM1 з 10 г л -1 NaHCO3; рН регулюють 1: 1 сумішшю 6 M KOH + 3 M K2CO3, 120 годин інкубації	[15]
(м)	JK134; △ ldhA, △ adhE, △ (focA-pflB), △ ackA: tss, △ mgsA, △ poxB, △ tdcDE, △ citF: tss, △ aspC, △ sfcA: tss, △ pta-ackA: tss	71,6	1,53	0,75	B; Glc (100 г л -1) в середовищі AM1 із 100 мМ KHCO3 та 1 мМ бетаїну HCl; рН регулюють 6: 1 сумішшю 3 M K2CO3 + 6 N KOH, 96 год інкубації	[16]

Виробництво амінокислот з гідролізатів рисової соломи

Крістіан Матано,. Фолькер Ф. Вендіш, "Пшениця та рис у профілактиці та охороні хвороб", 2014

Органічні кислоти

За останні кілька років дослідницький інтерес до виробництва органічних кислот ферментаціями C. glutamicum постійно зростав. Організм спроектований для отримання широкого спектру таких молекул, знаходячи застосування у багатьох галузях, включаючи харчову, косметичну та фармацевтичну промисловість. Опубліковані дослідження щодо виробництва піровиноградної, молочної, 2-оксоглутарової, 2-кетоізовалеріанової та пантотенової кислот. У зв’язку з його важливістю, в якості прикладу буде наведено технологію C. glutamicum для виробництва бурштинової кислоти.

Янтарна кислота

Інженерні основи біотехнології

2.03.2.1.3 Янтарна кислота

Янтарна кислота є проміжним продуктом циклу трикарбонової кислоти (ТСА). Метаболічний аналіз показує, що у диких типів кишкової палички існує шість шляхів до бурштинової кислоти. Однак при бродінні з використанням дикої кишкової палички виявляються лише слідові кількості бурштинової кислоти. Для посилення утворення бурштинової кислоти було досліджено кілька стратегій метаболічної інженерії.

Фігура 1 . Метаболічні шляхи синтезу бурштинової кислоти (a), 1,3-пропандіолу (b) та PHB (c) у рекомбінантних штамах E. coli. FBP, фруктоза 1,6-бісфосфат; DHAP, дигідроксиацетонфосфат; GAP, гліцеральдегід 3-фосфат; 3-HPA, 3-гідроксипропіональдегід.

Твердотільна ферментація для отримання протеаз та амілаз та їх застосування у виробництві поживних середовищ

5.4 Янтарна кислота

Янтарна кислота (SA) відповідає відомій хімічній хімічній речовині, що використовується як попередник у промисловому синтезі різних хімічних сполук. Досягнення високого виходу конверсії джерела вуглецю в бурштинову кислоту спричиняє зменшення потреби у вихідних матеріалах [127]. З цього поновлювані ферментативні гідролізати були валоризовані при ферментативному виробництві SA для заміщення звичайних джерел вуглецю або азоту, таких як глюкоза, ксилоза та дріжджовий екстракт або пептон. Раніше було продемонстровано доцільність використання побічних продуктів подрібнення пшениці для отримання SA через двоступеневий біопроцес [100]. Зокрема, ферментовані тверді речовини, отримані з SSF, послідовно змішували з розмеленими висівками та побічними продуктами подрібнення пшеничного борошна, отримуючи багату глюкозою добавку, що містить значну кількість FAN. Ферментація Actinobacillus succinogenes з використанням гідролізатів як єдиного субстрату для бродіння призвела до отримання 50,6 г/л SA.

SA також успішно вироблявся в рамках концепції біопереробки, заснованої на валоризації відходів хліба, для формування харчових добавок, багатих глюкозою та FAN [128]. Відходи хліба використовували як у твердому поліметрії з A. awamori, так і у A. oryzae, а також у подальших гідролітичних реакціях, що дало більше 100 г/л глюкози та 490 мг/л вентилятора. Отримані гідролізати призвели до утворення 47,3 г/л SA під час ферментації A. succinogenes, що призвело до продуктивності 1,12 г/л/год. Очікується, що шляхом інтеграції ферментативного виробництва SA в поточні промислові процеси та заміни звичайних субстратів ферментації економічна ефективність виробництва SA буде підвищена.

Інженерні основи біотехнології

2.30.2.4 Ферментація бурштинової кислоти

Виробництво органічних та жирних кислот, мікробне

Янтарна кислота

Янтарна кислота (бутандіоєва кислота, C 4H6O4) ( Малюнок 20 ) - це симетрична чотиривуглецева дикарбонова кислота, яка утворює безбарвні кристали без запаху з характерним кислотним смаком. Кислота розчиняється у воді та слабо розчиняється у етанолі, ефірі, ацетоні та гліцерині.

Малюнок 20. Янтарна кислота.

Янтарна кислота (від лат. Succinum, бурштин) була відкрита в 1546 р. Агріколою шляхом сухої перегонки (нагрівання у вакуумі) бурштину.

Янтарна кислота широко поширюється в природному світі, особливо в бурштині (3–8% по масі), тканинах рослин і тварин, а також у мікроорганізмах. Він відіграє значну роль у посередницькому метаболізмі (тобто, головним чином, у циклі TCA ( Малюнок 2 ) і гліоксилатний шлях ( Малюнок 21 )).

Малюнок 21. Гліоксилатний шлях. З дозволу доктора Р. Палтеля, Державний університет Гумбольдта: Каліфорнія, США.

Янтарна кислота використовується для виробництва полімерів, волокон одягу, пластифікаторів, розчинників, фарб, фарб, харчових та кормових добавок, фармацевтичних препаратів, парфумерії та ряду промислових та споживчих товарів.

Янтарна кислота синтезується як проміжний продукт циклу TCA ( Малюнок 2 ), що працює в аеробних умовах з α-кетоглутарової кислоти α-кетоглутаратдегідрогеназою. Янтарна кислота є проміжним продуктом в байпасі гліоксилатів ( Малюнок 21 ). Янтарна кислота виробляється як кінцевий продукт за відновного циклу ТСА ( Малюнок 3 ), в анаеробних умовах. У той час як біосинтез кислоти через перші два аеробні шляхи перетворює лише чотири з шести вуглеводнів з глюкози в чотиривуглецеву бурштинову кислоту, анаеробний відновний шлях ТСА виробляє дві чотиривуглецеві кислоти для кожної використаної молекули глюкози, завдяки реакція карбоксилювання фосфоенолпіруваткарбоксилази. Тому анаеробні ферментації переважніші аеробним ферментаціям для ефективного та економічного виробництва бурштинової кислоти.

Янтарна кислота виробляється головним чином шляхом хімічного каталітичного гідрування малеїнової або фумарової кислот (близько 15 000 тонн на рік - див. Таблиця 1 ). Харчова кислота, ймовірно, виробляється в процесі бродіння та сепарації. Ринковий потенціал продуктів на основі бурштинової кислоти (наприклад, 1,4-бутандіолу, тетрагідрофурану та адипінової кислоти) великий, і тому постійно проводяться інтенсивні дослідження з розробки ефективного біологічного шляху його виробництва.

Наукові основи біотехнології

1.09.6 Інші кислоти

Ряд інших кислот комерційно отримують шляхом бродіння в невеликих кількостях. До них належать l-аскорбінова кислота, яблучна кислота, 2-оксоглюконова кислота та бурштинова кислота. Винна, фумарова, койєва та галова кислоти також можуть вироблятися в комерційно привабливих кількостях, але або вони не отримували промислової практики, або їх виробляли в минулому шляхом ферментації в промислових масштабах, але в даний час вони не можуть конкурувати з хімічним виробництвом на економічні підстави.

1.09.6.1 Бурштинова кислота

Янтарна кислота - це чотиривуглецева дикарбонова кислота (бутандіоєва кислота або бурштинова кислота, C 4H6O4; Малюнок 8 ). Здебільшого його отримують хімічним способом з ангідриду малеїну. Щорічний обсяг виробництва - майже 16 тис. Т. Кислота може синтезуватися біологічно як проміжний продукт циклу ТСА, так і як один із змішаних продуктів кислого бродіння бактерій (анаеробний метаболізм). Анаеробна бактерія Anaerobiospirillum succiniciproducens та факультативні анаероби Actinobacillus succinogenus та Mannheimia succiniciproducens утворюють бурштинову кислоту як основний продукт бродіння. Escherichia coli також виробляє кислоту анаеробно, але як незначний продукт бродіння [3]. A. succiniciproducens та A. succinogenus виробляють відносно більше бурштинової кислоти, ніж інші організми, але врожайність залишається низькою завдяки одночасному виробництву таких побічних продуктів, як оцтова, мурашина та молочна кислоти [11] .

Малюнок 8. Янтарна кислота.

Утворення бурштинової кислоти анаеробно передбачає фіксацію СО2 за допомогою реакцій карбоксилювання. На цьому етапі С3 перетворюється на метаболіти С4. Біологічно синтезована чотиривуглецева платформа, яка є хімічною платформою для синтезу безлічі сполук, та споживання СО2 під час процесу роблять біотехнологічне отримання бурштинової кислоти дуже привабливим процесом для оптимізації [11]. На сьогоднішній день не встановлено жодного промислового процесу виробництва мікробної бурштинової кислоти. Мікробний процес може призвести до отримання конкурентоспроможного продукту лише за рахунок зменшення утворення побічних продуктів. З цією метою вивчається кілька різних підходів. Досі використовувались вдосконалення штамів, генна інженерія та інженерія метаболічних шляхів бактерій-продуцентів та відповідні стратегії біообробки з цікавими та перспективними результатами [3, 4]. Слід також дослідити вироблення грибкової бурштинової кислоти.

Метаболічна інженерія - застосування, методи та проблеми

2.6 Янтарна кислота

Янтарна кислота - це чотиривуглецева дикарбонова кислота із широким промисловим застосуванням [85]. Він може бути використаний як попередник багатьох комерційно важливих хімічних речовин, включаючи 1,4-бутандіол. Як і молочна кислота та 1,3-пропандіол, бурштинова кислота може бути використана як мономер для синтезу полімерів [86]. Ферментаційне виробництво бурштинової кислоти з відновлюваних ресурсів викликало великий інтерес за останні 10 років [87]. Облігатні анаероби, такі як Anaerobiospirillum succiniciproducens та Actinobacillus succinogenes, виробляють високі концентрації (до 110 г/л) бурштинової кислоти з різних джерел вуглецю, з очевидним виходом 1,2 моль/моль або 0,78 г/г споживаної глюкози [88]. Однак ці суворі анаероби важко використовувати у широкомасштабних промислових ферментаціях через високу чутливість до кисню та відносно повільні темпи зростання.

Рис.7. Метаболічна інженерія аеробних шляхів бродіння в кишковій паличці з генами, які були мутовані з метою переміщення метаболічного потоку до надмірного продукування бурштинової кислоти з глюкози [100]. "Х" означає, що гени вибиті. ackA, ацетаткіназа; icd, ізоцитратдегідрогеназа; iclR, репресор оперону aceBAK; pdc, піруватдегідрогеназа; віспаB, піруват-оксидаза; ppc, фосфоенолпіруваткарбоксилаза; пта, фосфотранзацетилаза; ptsG, глюкоза фосфотрансфераза; pyc, піруват-карбоксилаза; sdhAB, сукцинатдегідрогеназа.