高级醇 · 代谢工程文献库

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Combined effect of inorganic salts with calcium peroxide pretreatment for kenaf core biomass and their utilization for 2,3-butanediol production

作者
Rijuta Ganesh Saratale, Han Seung Shin, Gajanan S. Ghodake, Gopalakrishnan Kumar, Min Kyu Oh, Ganesh Dattatraya Saratale
单位
Research Institute of Biotechnology and Medical Converged Science, Dongguk University-Seoul; Department of Food Science and Biotechnology, Dongguk University-Seoul; Department of Biological and Environmental Science, Dongguk University; School of Civil and Environmental Engineering, Yonsei University; Department of Chemical and Biological Engineering, Korea University
杂志
Bioresource Technology（2018）
DOI
10.1016/j.biortech.2018.02.115
所属领域
发酵工程
关键词
2,3-Butanediol productionCalcium peroxide pretreatmentEnzymatic hydrolysisKenaf core powderKlebsiella pneumoniae KMK05
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解决的核心问题

如何高效利用红麻芯生物质生产2,3-丁二醇，解决预处理过程中木质素去除不彻底和糖组分流失的问题

研究策略

开发过氧化钙结合无机盐（MnSO₄、CoCl₂）的预处理方法，优化操作参数提高脱木质素率和酶解糖化效率，再利用代谢工程菌株Klebsiella pneumoniae KMK05发酵酶解液生产BDO

研究路线图

100%
研究问题：高效利用红麻芯生物质生产2,3-丁二醇
策略：CaO₂+无机盐预处理优化
关键改造：操作参数优化（浓度、时间）
关键改造：酶解糖化（30 FPU/g KCP）
结果：K. pneumoniae KMK05发酵生产BDO
结论：高糖收率+高效BDO转化，经济可行
关键数据：脱木质素75.5%~76.5%
葡萄糖产率98%，水解产率80.5%
关键数据：BDO产量9.85~10.42 g/L
产率0.382~0.386 g/g糖
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核心内容

本研究以红麻芯生物质为原料，开发了过氧化钙结合无机盐（MnSO₄、CoCl₂）的预处理策略，以期高效生产2,3-丁二醇。通过优化预处理参数，CaO₂+MnSO₄组合脱木质素率达75.5%，还原糖产量达595 mg/g KCP，在30 FPU/g酶解条件下葡萄糖产率高达98%，水解产率80.5%；CaO₂+CoCl₂脱木质素率为76.5%。预处理在去除木质素的同时有效保留了纤维素和半纤维素组分。随后利用代谢工程菌株Klebsiella pneumoniae KMK05发酵酶解液，CaO₂预处理水解液获得BDO产量10.42 g/L、产率0.385 g/g糖，CaO₂+MnSO₄水解液产量10.32 g/L，而混合糖对照产量为11.52 g/L，表明酶解液可被高效转化。该研究首次将红麻芯用于BDO生产，所建立的预处理方法在脱木质素与糖保留之间取得良好平衡，为木质纤维素生物质经济可行地转化为此类平台化合物提供了新途径。

创新点

首次将红麻芯生物质用于2,3-丁二醇生产；CaO₂结合无机盐预处理在保留大部分糖组分的同时显著去除木质素；优化后获得高葡萄糖产率（98%）和水解产率（80.5%）；利用代谢工程菌株高效转化混合糖为BDO

研究对象（2）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Klebsiella pneumoniae KMK05 2,3-丁二醇生物合成途径 — — 催化 代谢工程菌株，用于将KCP酶解液中的葡萄糖和木糖等转化为2,3-丁二醇
Trichoderma reesei 纤维素降解 — 纤维素酶 催化 商品纤维素酶（来自Trichoderma reesei ATCC 26921），用量30 FPU/g KCP

关键发现

  1. 最大葡萄糖产率98%（30 FPU/g酶解），水解产率80.5%
  2. CaO₂+MnSO₄预处理脱木质素75.5%，还原糖产量595 mg/g KCP
  3. CaO₂+CoCl₂脱木质素76.5%
  4. 利用K. pneumoniae KMK05发酵，CaO₂预处理水解液BDO产量10.42 g/L、产率0.385 g/g糖
  5. CaO₂+MnSO₄水解液BDO产量10.32 g/L、产率0.382 g/g
  6. 混合糖对照BDO产量11.52 g/L、产率0.384 g/g
  7. CaO₂+CoCl₂水解液BDO产量9.85 g/L、产率0.386 g/g

研究结论

开发的CaO₂+无机盐预处理策略能有效脱除木质素并保留纤维素和半纤维素，酶解后获得高糖收率，且KCP酶解液可被代谢工程菌K. pneumoniae KMK05高效转化为2,3-丁二醇，为木质纤维素生物质生产BDO提供了经济可行的途径