Введение

Химическая реакция 2,3 Бутанодиол ферментация - анаэробная ферментация глюкозы с 2,3 бутанодиолом в качестве одного из конечных продуктов. Общая стехиометрия реакции: 2 пируват + NADH > 2CO2 + 2,3 бутандиол. Бутанодиол ферментации является типичным для факультативных анаэробов Klebsiella и Enterobacter и проверяется с использованием VogesProskauer (VP) тест. Существуют и другие альтернативные штаммы, которые могут быть использованы, о которых подробно говорится в разделе "Альтернативные штаммы бактерий" ниже. Метаболическая функция 2,3 бутандиола неизвестна, хотя некоторые предполагают, что это было эволюционным преимуществом для этих микроорганизмов, чтобы произвести нейтральный продукт, который менее ингибирует, чем другие продукты частичного окисления и не снижает рН так же, как смешанные кислоты. Бутандиол может использоваться во многих важных промышленных областях, включая антифриз, пищевые добавки, антисептик и фармацевтические препараты. Он также производится в природе в различных местах окружающей среды.

Сравнение с смешанной кислотной ферментацией

2,3 Бутанодиол ферментирует меньше кислоты, чем смешанная кислота, а бутанодиол, этанол, CO2 и H2 являются конечными продуктами. В то время как при смешанной кислотной ферментации образуется одинаковое количество CO2 и H2, при бутанедиольной ферментации образуется более чем в два раза большее количество CO2, поскольку газы не образуются только форматной водородной лиазой, как при смешанной кислотной ферментации. Бутандиол вырабатывается в разных количествах при аэрированных ферментациях, если уровень растворенного кислорода ограничивается (т.е. культура пытается потреблять больше кислорода, чем имеется). Степень ограничения кислорода диктует соотношение 2,3 бутандиола к полученным побочным продуктам.

Промышленные применения

2,3 бутандиол имеет множество промышленных применений и продуктов, которые он может производить. Левоизомер бутандиола имеет низкую температуру замерзания 60 °C, что позволяет ему работать в качестве антифризного агента. При каталитическом обезвоживании бутандиол может образовывать диацетил. Диацетил - это пищевая добавка, которая может быть использована для придания вкуса. 0,1% бутанодиол убивает большинство патогенных бактерий благодаря его антисептическим свойствам. При этерификации получаются формы прекурсоров пенопластов полиуретана. Их можно использовать в различных целях, в том числе в фармацевтических, косметических, лосьонных, мазей и антиперспирантах. Бутанодиол сам по себе имеет применение в фармацевтической промышленности в качестве носителя лекарств.

Альтернативные штаммы бактерий

Использование мезофильных бактерий требует, чтобы процесс ферментации происходил при температуре ниже 40 °C, что может вызвать бактериальное загрязнение из-за низкой температуры. В промышленном масштабе это требует стерилизации, что означает, что необходимо построить специальное оборудование, больше работников необходимо для выполнения этого дополнительного шага, и больше энергии потребляется на заводе. Было показано, что новый аэробический штамм Geobacillus XT15 производит 2,3 бутандиола при температуре от 45 до 55 °C. Эта более высокая температура позволит избежать риска заражения, поскольку микроорганизмы, живущие в нормальной среде, не могут размножаться при температуре выше 45 °C. Штамм Geobacillus XT15 является термофильным, что позволяет ему осуществлять ферментацию при такой высокой температуре. Стерилизация не будет необходима при использовании этого альтернативного штамма, что сделает процесс производства более эффективным и экономичным.