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利用工程化的巴氏乳杆菌 PM1 将甘油转化为基于稀酒糟的培养基中的 1,3-丙二醇。

Bioconversion of glycerol to 1,3-propanediol in thin stillage-based media by engineered Lactobacillus panis PM1.

机构信息

Department of Food and Bioproduct Sciences, College of Agriculture and Bioresources, University of Saskatchewan, 51 Campus Drive, Saskatoon, SK S7N 5A8, Canada.

出版信息

J Ind Microbiol Biotechnol. 2014 Apr;41(4):629-35. doi: 10.1007/s10295-014-1403-x. Epub 2014 Feb 13.

DOI:10.1007/s10295-014-1403-x
PMID:24522935
Abstract

Thin stillage (TS) is a waste residue that remains after bioethanol production, and its disposal reflects the high costs of bioethanol production. Thus, the development of cost-effective ways to process TS is a pending issue in bioethanol plants. The aim of this study was to evaluate the utilization of TS for the production of the valuable chemical, 1,3-propanediol (1,3-PDO), by Lactobacillus panis PM1. Different fermentation parameters, including temperature, pH and strains [wild-type and a recombinant strain expressing a NADPH-dependent aldehyde reductase (YqhD) gene] were tested in batch and fed-batch cultivations. The highest 1,3-PDO concentration (12.85 g/L) and yield (0.84 g/g) were achieved by batch fermentation at pH-4.5/30 °C by the YqhD recombinant strain. Furthermore, pH-controlled batch fermentation reduced the total fermentation period, resulting in the maximal 1,3-PDO concentration of 16.23 g/L and yield of 0.72 g/g in TS without an expensive nutrient or nitrogen (e.g., yeast extract, beef extract, and peptone) supplementation. The addition of two trace elements, Mg(2+) and Mn(2+), in TS increased 1,3-PDO yield (0.74 g/g) without 3-hydroxypropionaldehyde production, the only intermediate of 1,3-PDO biosynthetic pathway in L. panis PM1. Our results suggest that L. panis PM1 can offer a cost-effective process that utilizes the TS to produce a value-added chemical, 1,3-PDO.

摘要

稀酒糟(TS)是生物乙醇生产后剩余的废渣,其处理反映了生物乙醇生产的高成本。因此,开发经济高效的 TS 处理方法是生物乙醇厂亟待解决的问题。本研究旨在评估利用 TS 通过异常威克汉姆酵母 PM1 生产有价值的化学品 1,3-丙二醇(1,3-PDO)。在分批和补料分批培养中测试了不同的发酵参数,包括温度、pH 值和菌株(野生型和表达 NADPH 依赖型醛还原酶(YqhD)基因的重组菌株)。在 pH-4.5/30°C 下,通过 YqhD 重组菌株进行分批发酵,可获得最高的 1,3-PDO 浓度(12.85 g/L)和产率(0.84 g/g)。此外,pH 控制的分批发酵缩短了总发酵周期,使 TS 中 1,3-PDO 的最大浓度达到 16.23 g/L,产率达到 0.72 g/g,无需昂贵的营养物或氮源(如酵母提取物、牛肉提取物和蛋白胨)补充。在 TS 中添加两种痕量元素 Mg(2+)和 Mn(2+)可提高 1,3-PDO 的产率(0.74 g/g),而不会产生 1,3-PDO 生物合成途径中的唯一中间产物 3-羟基丙醛。我们的结果表明,异常威克汉姆酵母 PM1 可以提供一种经济高效的工艺,利用 TS 生产有附加值的化学品 1,3-PDO。

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