Кіріспе
Химиялық реакция 2,3 Бутанодиол ферментациясы - соңғы өнімдердің бірі ретінде 2,3 бутанодиолды қолдана отырып, глюкозаны анаэробты ферментациялау. Реакцияның жалпы стехиометриясы 2 пируват + NADH > 2CO2 + 2,3 бутандиол. Бутандиол ферментациясы факультативті анаэробтар Klebsiella және Enterobacter үшін тән және VogesProskauer (VP) сынағын қолдану үшін сыналады. Басқа да баламалы штаммдар бар, олар туралы төменде "Баламалы бактериялар штаммдары" бөлімінде егжей-тегжейлі айтылған. 2,3 бутандиолдың метаболистік функциясы белгісіз, бірақ кейбір адамдар бұл микроорганизмдердің басқа жартылай окистену өнімдеріне қарағанда аз ингибиторлық және pH-ны қоспалы қышқылдар сияқты төмендететін бейтарап өнімді өндіру үшін эволюциялық артықшылық болды деп болжайды. Бутандиолды көптеген маңызды өнеркәсіптік мақсаттарда қолдануға болады, соның ішінде антифриз, тамақ қоспалары, антисептик және фармацевтика. Ол сондай-ақ қоршаған ортаның әртүрлі жерлерінде табиғи түрде өндіріледі.
2,3 Butanediol fermentation is anaerobic fermentation of glucose with 2,3 butanediol as one of the end products. The overall stoichiometry of the reaction is
2 pyruvate + NADH > 2CO2 + 2,3 butanediol. Butanediol fermentation is typical for the facultative anaerobes Klebsiella and Enterobacter and is tested for using the Voges–Proskauer (VP) test. There are other alternative strains that can be used, talked about in details in the Alternative Bacteria Strains section below. The metabolic function of 2,3 butanediol is not known, although some have speculated that it was an evolutionary advantage for these microorganisms to produce a neutral product that's less inhibitory than other partial oxidation products and doesn't reduce the pH as much as mixed acids. There are many important industrial applications that butanediol can be used for, including antifreeze, food additives, antiseptic, and pharmaceuticals. It also is produced naturally in various places of the environment.
Аралас қышқылдық ашытумен салыстыру
2,3 бутандиол ферментациясы аралас қышқыл ферментациясына қарағанда кішкене мөлшерде қышқыл шығарады, ал бутандиол, этанол, СО2 және Н2 - соңғы өнімдер. Қоспа қышқылдық ашытқы кезінде CO2 және H2 бірдей мөлшерде пайда болса, бутандиол ашытқысы CO2 мөлшерін екі еседен астам өндіреді, өйткені газдар тек форматты сутегін лиаза арқылы емес, қоспа қышқылдық ашытқыда пайда болады. 2,3 Бутандиол ауалы ферментация кезінде еріген оттегі деңгейі шектеліп тұрған жағдайда (яғни, дақыл қол жетімдіден көп оттегі тұтынуға тырысады) әртүрлі деңгейде өндіріледі. Оттегі шектеулілігінің дәрежесі 2,3 бутандиолдың өндірілген өнімдерге қатынасын анықтайды.
Өнеркәсіптік қолдану
2,3 бутандиолдың өнеркәсіптік қолданылулары мен өндірілетін өнімдері әр түрлі. Бутандиолдың левоизомерінің төмен тоңазыту температурасы 60 °C, бұл оған антифриздік агент ретінде жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Каталитикалық дегидрогенациялау арқылы бутандиол диацетилді құрауы мүмкін. Диацетил - дәмділік қоспасы. 0,1% бутандиол антисептикалық қасиеттеріне байланысты патогендік бактериялардың көпшілігін өлтіреді. Эстерификация арқылы полиуретан көбіктерінің прекурсорлары түрлерін шығарады. Оларды әртүрлі мақсаттарда, соның ішінде дәрі-дәрмек, косметика, лосьон, мазь және теріні тазартатын заттарда қолдануға болады. Бутандиолдың өзі тіпті фармацевтикалық өнеркәсіпте дәрілік зат тасымалдаушы ретінде қолданылады.
Бактериялардың баламалы штаммдары
Мезофильді бактерияларды пайдалану ферментация процесін 40 °C-тан төмен температурада жүргізуді талап етеді, бұл төмен температураның бактериялық ластануына әкелуі мүмкін. Өнеркәсіптік масштабта бұл стерилизация кезеңдерін қажет етеді, яғни арнайы қондырғыны салу керек, бұл қосымша қадамды орындау үшін көбірек қызметкер қажет және зауытта көбірек энергия жұмсалады. Geobacillus XT15 жаңа аэробикалық штаммы 45 және 55 °C температурада 2,3 бутандиол өндіреді. Бұл жоғары температурада ластану қаупі болмайды, өйткені қалыпты ортада тіршілік ететін микроорганизмдер 45 °C-тан жоғары температурада көбейе алмайды. Geobacillus XT15 тұқымы термофильді, бұл оған осы жоғары температурада ашытуды жүргізуге мүмкіндік береді. Бұл баламалы тұқымның көмегімен стерилизация қажет емес, бұл өндіріс процесін тиімді және тиімді етеді.