Isoprene Production on Enzymatic Hydrolysate of Peanut Hull Using Different Pretreatment Methods
- 作者
- Sumeng Wang, Ruichao Li, Xiaohua Yi, Tiqao Fang, Jianming Yang, Hyeun-Jong Bae
- 单位
- Key Lab of Plant Biotechnology in Universities of Shandong Province, College of Life Sciences, Qingdao Agricultural University; Bio-Energy Research Institute, Chonnam National University
- 杂志
- BioMed Research International（2016）
- DOI
- 10.1155/2016/4342892
- 所属领域
- 代谢工程 / 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何利用农业废弃物花生壳作为廉价原料，通过生物法高效生产异戊二烯，解决石油资源依赖问题。
研究策略
比较HPAC（过氧化氢-乙酸）与popping两种预处理方法对花生壳酶解糖化效率及后续异戊二烯发酵的影响，并采用活性炭脱毒去除酶解液中的抑制物以进一步提高产量。
研究路线图
核心内容
该研究探索了以花生壳为廉价碳源、利用工程大肠杆菌生产异戊二烯的可行性，并系统比较了HPAC（过氧化氢-乙酸）与popping两种预处理策略对糖化效率及后续发酵的影响。实验采用表达外源MVA途径和异戊二烯合酶的大肠杆菌YJM21，在活性炭脱毒前后的酶解液中发酵。结果显示花生壳富含46.8%全纤维素，HPAC预处理使木质素降低约77.3%，糖得率达98.8%，优于popping的95.9%。在未脱毒条件下，以HPAC酶解液为碳源时异戊二烯产量为211 mg/L，较popping处理的113.7 mg/L提高1.9倍；经活性炭脱毒后产量进一步提升至297.5 mg/L，达到纯葡萄糖发酵产量（338.6 mg/L）的约90%，同时乙酸、HMF和糠醛浓度分别降低76.90%、72.83%和78.77%。结果表明，HPAC预处理结合活性炭脱毒可显著提升花生壳酶解液的可发酵性，为农业废弃物资源化利用和生物基异戊二烯生产提供了有效途径。
创新点
首次以花生壳为原料利用大肠杆菌生产异戊二烯；系统比较HPAC与popping两种预处理方法的糖化效率及发酵性能；采用活性炭脱毒有效提升异戊二烯产量。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli YJM21 | 外源MVA途径与内源MEP途径 | — | isoprene synthase | 催化 | 工程菌株，用于异戊二烯生物合成 |
| 体外酶解体系 | 纤维素水解 | — | cellulase | 催化 | 来自Novozymes的纤维素酶，用于花生壳酶解 |
| 体外酶解体系 | 半纤维素水解 | — | xylanase | 催化 | 来自Trichoderma longibrachiatum的内切-1,4-β-木聚糖酶，用于花生壳酶解 |
关键发现
- 花生壳含46.8%全纤维素、43.4%Klason木质素
- HPAC预处理使木质素降低约77.3%，popping预处理后木质素基本不变
- HPAC预处理后总碳水化合物增加27.3%，葡萄糖含量增加约2倍
- 糖得率HPAC为98.8%、popping为95.9%
- 以纯葡萄糖、HPAC酶解液、popping酶解液为碳源时，异戊二烯产量分别为338.6 mg/L、211 mg/L、113.7 mg/L，HPAC比popping高1.9倍
- 经活性炭脱毒后，HPAC酶解液发酵产异戊二烯达297.5 mg/L，约为纯葡萄糖产量的90%
- 脱毒使乙酸、HMF、糠醛浓度分别降低76.90%、72.83%、78.77%。
研究结论
花生壳是一种易得且多糖含量高的木质纤维素原料，适合用于生物基化学品生产。HPAC预处理比popping预处理更有效，且通过活性炭脱毒可显著提高异戊二烯产量，该研究为农业废弃物资源化利用提供了新途径。