Махса Бабаей

1 Катедра по химично и петролно инженерство, Университет в Тебриз, Тебриз, Иран

инженерни

Kanchana Rueksomtawin Kildegaard

2 Център за биоустойчивост Novo Nordisk Foundation, Технически университет в Дания, Лингби, Дания

Aligholi Niaei

1 Катедра по химично и петролно инженерство, Университет в Тебриз, Тебриз, Иран

Мариам Хосейни

3 Катедра по химическо инженерство, Технически факултет, Университет Azarbaijan Shahid Madani, Тебриз, Иран

Sirous Ebrahimi

4 Биотехнологичен изследователски център, Факултет по химическо инженерство, Технически университет Саханд, Тебриз, Иран

Суреш Сударсан

2 Център за биоустойчивост Novo Nordisk Foundation, Технически университет в Дания, Лингби, Дания

Ирини Ангелидаки

5 Катедра по екологично инженерство, Технически университет в Дания, Лингби, Дания

Ирина Бородина

2 Център за биоустойчивост Novo Nordisk Foundation, Технически университет в Дания, Лингби, Дания

Свързани данни

Всички набори от данни, генерирани за това проучване, са включени в статията/допълнителен материал.

Резюме

Въведение

Янтарна киселина (C4H6O4) е потенциален химикал на платформа с широк спектър от приложения в храните, фармацията, биополимерите, покритията, зелените разтворители и пластификаторите (Ahn et al., 2016). Янтарна киселина може да се превърне химически в други продукти с добавена стойност, като 1,4-бутандиол, у-бутиролактон, N-метил-2-пиролидон, тетрахидрофуран и 2-пиролидон (Pateraki et al., 2016). Търсенето на пазара на янтарна киселина е 50 000 метрични тона през 2016 г. и се очаква да се удвои до 2025 г. (Chinthapalli et al., 2018). Общият капацитет на растенията за производство на янтарна киселина чрез ферментация е около 64 000 тона годишно (BioAmber, Myriant - сега GC Innovation America, Reverdia и Succinctly).

Различни микроби са проектирани за производство на сукцинат чрез ферментация. Най-високи обемни нива са отчетени за бактерията на рубца Mannheimia succiniciproducens. Групата от Sang Yup Lee съобщава за титър от 78,4 g/L с добив от 1,64 mol/mol глюкоза и обща обемна производителност от 6,02 g/L/h при смесено хранене с глицерол и захароза (Lee et al., 2016). Бактериалните ферментации обикновено изискват неутрално рН и водят до сукцинатна сол. При преработката надолу по веригата сукцинатът трябва да бъде подкиселен до янтарна киселина, генерирайки големи количества страничен продукт, като гипс (Sauer et al., 2008). Това може да се избегне, ако ферментацията трябва да се извършва при ниско рН.

Много дрожди са толерантни към ниско рН, някои видове като Y. lipolytica могат да растат при рН до 3,5 (Mironczuk et al., 2016). Като се има предвид рКа на янтарна киселина от 4,2 и 5,6 при 25 ° С (Dean, 1999), при рН 3,5 повече от 80% от янтарната киселина ще бъдат в протонирана форма. Saccharomyces cerevisiae е проектиран за производство на янтарна киселина от Reverdia (съвместно предприятие на DSM и Roquette), което изисква, наред с други модификации, заличаване на пируват декарбоксилази, за да се предотврати ферментацията на етанол. През 2013 г. BioAmber/Mitsui премина от Escherichia coli като микроорганизъм гостоприемник към дрожди Candida krusei, щам с ниско рН-толерантност, открит от Cargill (Jansen и van Gulik, 2014).

През последното десетилетие неконвенционалните дрожди Y. lipolytica станаха относително добре податливи на генетични манипулации и са проектирани за търговско производство на полиненаситени мастни киселини (DuPont) и липиди (Novogy, придобита от Total). Тази мая има дълъг опит за безопасна употреба, тъй като е използвана като хранителна добавка и добавка през 80-те години и е преминала обширни тестове за токсичност за тази цел (Zinjarde, 2014). Някои щамове на Y. lipolytica са местни свръхпроизводители на циклични киселини на трикарбонова киселина (TCA): лимонена (Cavallo et al., 2017), изоцитрична (Kamzolova et al., 2013) и α-кетоглутарова (Guo et al., 2016) което прави вида потенциално привлекателен гостоприемник за производството на друга киселина на TCA цикъл, а именно янтарна киселина. Камзолова и др. Са използвали способността на тази мая да отделя високи титри на α-кетоглутаровата киселина за производството на янтарна киселина в двустепенен процес. Щамът VKMY-2412 е проектиран да произвежда 88,7 g/L α-кетоглутарова киселина, която впоследствие се декарбоксилизира химически до янтарна киселина в присъствието на H2O2 (Kamzolova et al., 2014a, b).

маса 1

Преглед на производството на янтарна киселина от Yarrowia lipolytica.