Грибок превращает целлюлозу непосредственно в новое химическое вещество-платформу

Важные новости

Гриб превращает целлюлозу непосредственно в новый химический продукт» /></p>
<p> Фото: <i>ACS Sustainable Chemistry & Engineering</i> (2024). DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c04664 </p>
<p>Гриб Talaromyces verruculosus может производить химическое вещество эритроизолимонную кислоту непосредственно из дешевых растительных отходов, что делает его интересным для промышленного использования.</p>
<p>Используя естественные способности негенетически модифицированного гриба, исследовательская группа из Йены открыла метод эффективного преобразования целлюлозы в форму изолимонной кислоты. Новый метод производства может значительно упростить ранее сложный и многоэтапный процесс получения платформенных химикатов из целлюлозы, требуя всего лишь одного биопроцесса.</p>
<p>Благодаря новому экономически эффективному методу редко используемая сестринская молекула интенсивно используемая лимонная кислота может принести пользу устойчивой экономике замкнутого цикла – при условии, что для нее есть рынок.</p>
<p>Исследование было опубликовано исследовательской группой из Института Лейбница по исследованию натуральных продуктов и инфекционной биологии — Института Ханса Кнёлля (Leibniz-HKI) в журнале <i>ACS Sustainable Chemistry & Инженерное дело</i>.</p>
<p>Лимонная и изолимонная кислоты, естественные продукты метаболизма большинства живых организмов, относятся к числу наиболее распространенных кислот в природе. Лимонную кислоту производят в промышленных масштабах в больших количествах с использованием плесневого гриба Aspergillus niger. Ежегодный объем производства около 2,8 миллионов тонн по всему миру делает это одним из самых объемных биотехнологических продуктов из всех.</p>
<p>Диапазон его применения огромен: в качестве средства для удаления накипи, консерванта, средства по уходу или ароматизатора. усилитель – универсальный природный химикат является важной и к тому же дешевой добавкой в ​​промышленности, поскольку биотехнологическое производство чрезвычайно эффективно и несложно.</p>
<p>Производство биопластиков и биотоплива из лимонной кислоты также технически возможно. Однако, поскольку лимонная кислота производится из сахара и, следовательно, находится в прямой конкуренции с производством продуктов питания, эти области применения до сих пор не были ни экономичными, ни устойчивыми. Фактически, производство лимонной кислоты в настоящее время потребляет более 1% мирового производства сахара.</p>
<p>Изолимонная кислота очень похожа на лимонную кислоту, только одна гидроксильная группа расположена у другого атома углерода. Это делает молекулу асимметричной, и существуют два разных варианта, известные как диастереомеры, которые называются трео- и эритро-изолимонной кислотой. Каждый диастереомер имеет два зеркальных варианта: D- и L-формы.</p>
<p>Лимонная кислота и изолимонная кислота обладают практически идентичными свойствами, и можно предположить, что изо-форма будет столь же широко применима. Причина, по которой это не так, заключается в том, что до сих пор не существует эффективного процесса производства чистой изолимонной кислоты, поэтому в настоящее время она доступна только в качестве исследовательского химического вещества.</p>
<p>Один килограмм вещества на данный момент стоит около 18 000 евро. Однако новый производственный процесс обеспечивает устойчивое и недорогое производство из растительных отходов и остатков, таких как солома, макулатура или древесные отходы, что в будущем может позволить производить изолимонную кислоту даже дешевле, чем лимонную кислоту.</p>
<p> < р>До сих пор для использования таких возобновляемых исходных материалов требовался сложный трехэтапный процесс. Дорогие ферменты были необходимы для того, чтобы сначала ферментативно расщепить целлюлозу на сахар и, наконец, использовать ее микроорганизмами.</p>
<p><img decoding=

Talaromyces verruculosus в чашке Петри Фото: Иван Шлембах

Один гриб—один процесс

Перспективным подходом является так называемая консолидированная биопереработка (КПБ), при которой различные этапы процесса объединяются в один с использованием подходящих микроорганизмов. Звездой новой биотехнологической процедуры является плесень Talaromyces verruculosus.

В ходе скрининговых испытаний первый автор Иван Шлембах обнаружил, что дикий тип T. verruculosus, выделенный из природы, может превращать лигноцеллюлозу непосредственно в эритроизолимонную кислоту, массово и очень эффективно в едином процессе, при котором гриб сам вырабатывает все необходимые для этого ферменты.

В ходе экспериментов исследователи определили идеальные условия для разложения целлюлозы и производства изолимонной кислоты, включая такие факторы, как содержание азота, значение pH, температура и концентрация питательных веществ. Они также разработали новые методы точного измерения активности фермента целлюлазы, который имеет решающее значение для разложения целлюлозы в процессе ферментации. Это позволяет оптимально контролировать производственный процесс.

Мириам Розенбаум возглавляет экспериментальную биотехнологическую установку в Лейбниц-ХКИ и является профессором синтетической биотехнологии в Йенском университете имени Фридриха Шиллера. Она объясняет: «T. verruculosus обладает уникальной способностью превращать лигноцеллюлозу непосредственно в эритроизолимонную кислоту с поразительной эффективностью».

«Он делает это со скоростью, сравнимой со скоростью превращения глюкозы, которая используется в лаборатории в качестве исходного материала для процесса ферментации. Используя гриб, мы разработали более простой и дешевый процесс.»

Продукт ищет рынок

Изолимонную кислоту можно легко химически преобразовать в итаконовую кислоту, на которую уже существует большой спрос для производства экологически чистых пластмасс и покрытий. Если эритроизоцитриновая кислота легкодоступна, то недостатка в покупателях быть не должно.

Однако существует то же препятствие, что и для любого нового вещества: поскольку эритроизоцитриновая кислота не была доступна в больших количествах. на сегодняшний день сначала необходимо создать рынок для него.

Существенно более дешевый процесс, который сейчас разработан, открывает новые возможности и приложения.

Еще одной особенностью является то, что при этом образуется только эритроизолимонная кислота, а не смесь различных диастереомеров. Это делает молекулу особенно интересной для специальных применений, например, в фармацевтической промышленности.

В случае лекарств часто эффективен только один диастереомер, поэтому его приходится с большим трудом выделять из смеси обоих вариантов. . Эритроизолимонная кислота может служить ценным хиральным строительным блоком для химического синтеза.

Специфические биологические свойства эритроизолимонной кислоты на сегодняшний день мало изучены. Однако у сестринской молекулы треоизолимонной кислоты было продемонстрировано множество полезных свойств.

Последняя может быть ценной добавкой к лимонной кислоте, особенно в медицинской, фармацевтической, косметической или пищевой промышленности, например, в качестве хелатирующего агента, антикоагулянта в образцах крови, функциональной пищевой добавки, ингредиента в косметике и т. д. в качестве консерванта или компонента, замедляющего старение, в продуктах для образа жизни.

Результаты подчеркивают, что такие организмы, как T. verruculosus, могут обеспечить устойчивое использование биологических отходов и сделать производство ценных химикатов из возобновляемой биомассы экономически жизнеспособным. .

«Природа обладает огромным потенциалом для решения глобальных проблем устойчивого развития. Гриб T. verruculosus закладывает основу для недорогих экологически чистых технологий, а также существует множество промышленных применений изолимонной кислоты. Единственное, чего на данный момент не хватает, — это открытости рынка для новый процесс», — подчеркивает Иван Шлембах.

Сейчас исследовательская группа работает над дальнейшей оптимизацией процесса и выяснением биохимических реакций, участвующих в образовании изолимонной кислоты. Уточняя биохимические параметры, исследователи из Йены надеются внести свой вклад в переход к устойчивой и ресурсоэффективной биоэкономике.

В будущем они хотят работать с заинтересованными промышленными партнерами, чтобы выяснить, будет ли эта процедура который теперь запатентован, также может занять свое место на рынке.

Дополнительная информация: Иван Шлембах и др., Неинженерный грибок обеспечивает быстрый путь от целлюлозы к нерасфасованной эритро-изоцитриновой кислоте, ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2024). DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c04664

Информация журнала: ACS Sustainable Chemistry & Engineering

Предоставлено Лейбниц-Институтом естественных наук и инфекционной биологии — Институт Ханса Кнёлля (Лейбница-HKI)

Новости сегодня

Последние новости