Что является источником эритритола порошка?

В последние годы, с ускорением темпов жизни и изменениями в образе жизни, люди#39. Пищевые привычки претерпели огромные изменения. Сопутствующие проблемы со здоровьем, такие как ожирение, диабет и сердечно-сосудистые заболевания, вызвали серьезные проблемы и неудобства у людей#39; с жизни [1]. Чрезмерное потребление сахара в рационе питания является одним из основных факторов, способствующих этому явлению, а чрезмерное потребление сахара может также привести к росту заболеваемости такими болезнями полости рта, как кариес [2]. Открытие и использование подсластителей помогло сократить добавление высококалорийного сахара в продукты питания, тем самым сократив потребление сахара. Подсластители представляют собой класс соединений, которые обеспечивают сладость, но имеют низкие калории. Они могут быть разделены на натуральные подсластители и синтетические подсластители в соответствии с их источниками [1]. Ранние синтетические подсластители, такие как stevia, abПо состоянию на 31 декабряsweet и saccharin, хотя и очень сладкие, были обнаружены, чтобы вызвать нарушения кишечной флоры и не полезны для здоровья, когда потребляется часто [3]. По сравнению с синтетическими подсластителями, использование натуральных подсластителей, таких как маннитол, эритритол, ксилитол и сорбитол, является более приемлемым для людей. Эти сахарные спирты имеют низкую метаболическую энергию, гипогликемические и безопасные свойства [4].

Эритритол химически (2R, 3S) бутан 1,2,3,4тетрол — белый, без запаха, негигроскопический, оптически неактивный, термостабильный и водорастворимый четырехуглеродный спирт, широко распространенный в фруктах, овощах и ферментированных пищевых продуктах [5]. Эритритол привлекает особое внимание своими свойствами, которые включают в себя в основном неиспользуемые организмами организма и кишечника, не изменяющие концентрации глюкозы в крови или уровни инсулина, а также не вызывающие диарею [6]. С момента своего первого открытия в 1848 году эритритол был одобрен для непосредственного использования в качестве пищевого ингредиента и подсластителя в японии, США и некоторых европейских странах в 1990 - х годах. В китае в 2008 году было сделано официальное объявление, позволяющее использовать эритритол в продуктах питания умеренно по мере необходимости [7-8]. В 2019 году объем мирового рынка эритритола составил 70 400 тонн, а к 2026 году ожидается увеличение рыночного спроса на эритритол в 1,5 раза [9]. Растущий рыночный спрос на эритритол предъявляет новые требования к производству эритритола.

Эритритол может быть синтезирован с помощью химических и микробных методов ферментации. Однако химический синтез имеет такие недостатки, как низкая эффективность производства, высокие затраты и операционные риски, и поэтому не является промышленно развитым [1]. Производство эритритола путем микробной ферментации устраняет неблагоприятные последствия химического синтеза. За эти годы исследователи проделали большую работу по ферментации процесса производства эритритола. Результаты показывают, что состав ферментационной среды (включая источник углерода, источник азота, неорганические соли и т.д.), условия ферментации (включая температуру, pH, растворенный кислород и т.д.) и методы ферментации (включая непрерывную ферментацию, ферментацию партии и ферментацию откорма партии и т.д.) оказывают значительное воздействие на урожайность и производство эритритола. Соответствующее содержание [1, 9] было хорошо описано в последнее время, поэтому я не буду повторять его здесь.

В настоящее времяПроизводство эритритола путем микробной ферментацииИмеет низкую урожайность и коэффициент преобразования по сравнению с производством ферментации других сахарных спиртов. Изменение мутагенеза и метаболических путей микробных штаммов обеспечивает новое направление для улучшения производства эритритола. Исходя из этого, автор резюмирует последние исследования по микробной ферментации синтеза эритритола, включая основные штаммы и метаболические пути эритритола, синтез эритритола из возобновляемых источников и метаболическую инженерию штамма. Обсуждаются потенциальные пути увеличения производства эритритола с целью выработки новых исследовательских идей для будущего селекции и строительства высокодоходных штаммов эритритола.

1 основные микроорганизмы для ферментации производства эритритола и их размножения

1. 1 бактерии 1

Бактерии могут использовать глюкозу в качестве субстрата для синтеза эритритола посредством действия глюкозы-киназы, глюкозы -6- фосфатного изомера, фосфокетолазы, эритритола -4- фосфатной дегидрогеназы и фосфатазы (рис. 1). 4- фосфатной дегидрогеназы (эритритол -4- фосфатная дегидрогеназы) и фосфатазы (фосфатазы) для синтеза эритритола (рис. 1) [1, 10]. В настоящее время мало известных бактерий, которые могут непосредственно синтезировать эритритол, главным образом лактобацилл и энококк (таблица 1). Тайлер и др. [11] обнаружили, что Lactobacillus florum 2F может синтезировать 2,04 г/л эритритола, используя глюкозу в качестве субстрита, в то время как конечная концентрация эритритола ниже, когда фруктоза используется в качестве субстрита. Конечная концентрация была ниже; В то же время исследование проанализировало производство эритритола 22 другими штаммами бактерий, включая Lactobacillus и Oenococcus, и установило, что штаммы, включая генералы, такие как Leuconostoc, Oenococcus и Weissella смогли синтезировать от 0,02 до 0,45 г/л эритритола (таблица 1). N der Woude et al. [12] использовали Synechocystis sp. PCC6803 в качестве исходного штамма, И пережатый эритритол 4- фосфатный фосфатаз и эритритол редуктаза в бактериях через генную инженерию, чтобы получить доминирующий штамм SEP024, который может синтезировать 0. 256 г/л эритритола. В целом этот показатель является низким, и промышленное производство эритритола не может быть обеспечено.

1. 2. 1. Грибы

По сравнению с бактериями грибы могут метаболизировать и синтезировать эритритол через пентафосфатный путь с использованием глюкозы, глицерола, фруктозы и других субстратов. Основным штаммом, используемым в промышленном производстве эритритола, являются дрожжи [9]. В дрожжах глюкозы, глицерола и фруктозы в качестве субстратов синтезировать эритритол. Среди дрожжей, используемых в промышленном производстве эритритола, основным видом является Saccharomyces cerevisiae[9]. В дрожжах, когда глюкоза используется в качестве источника углерода, глюкоза сначала преобразуется в глюкозе -6- фосфат в клетку путем глюкозы -6- фосфат-дегидрогеназы, 6- фосфоглуконолактоназы, фосфофоглуконат-дегидрогеназы, рибулозы -5- эпистереры и рибулозы -5- фосфат-катализаторы образования рибулозы -5- фосфата и рибулозы -5- фосфата, которые затем преобразуются путем транскетолазы, трансальдолазы, Эритроза -4- фосфат-киназа и эритроза -4- фосфат-редуктаза (транскетолаза), трансальдолаза, эритроза -4- фосфат-киназа и эритроредуктаза (рис. 2) [13-14].

При использовании глицерола в качестве субстрата глицерол может быть преобразован в флюктозу 1,6- дифосфат посредством глюкозы-киназы, глицерола -3- фосфатной дегидрогеназы, триозы-фосфата изомеров изомеров и алдолазы, а затем поступает в путь пентофосфата через глюкозу - 6 фосфатов. Недавно Niang et al. [15] обнаружили, что эритритол может подвергаться дальнейшей деградации до эритроза и эритрозного фосфата и использоваться клетками. В ходе этого процесса эритритол дегидрогеназа Ключевую роль в этом процессе играют дегидрогеназа эритрулозы, киназа эритрулозы и изомеры фосфатов эритрулозы.

В настоящее время сообщается о наличии дрожжей с высоким уровнем производства эритритола [16-25], включая такие виды, как Candida, 3. Ярровияи Torula, которые могут синтезировать 25-245 г/л эритритола (таблица 2). Ярровия липолика является одним из нестандартных олейных дрожжей, а также считается безопасным микроорганизмом (GRAS), поэтому имеет важное значение для промышленного производства.

Кроме того, Yuill et al. [26] впервые сообщили в 1948 году, что аспергилл Нигер может метаболизировать и синтезировать эритритол, однако другие формы, включая аспергилл, не использовались в промышленном производстве эритритола.

1. 3. Выбор штамма

Штаммы, изолированные от природы, имеют проблему низкой эффективности синтеза эритритола. Таким образом, для увеличения первоначального синтеза эритритола штамма, характеристики штамма должны быть изменены. Как правило, Методы включают физические мутагены, такие как ультрафиолетовый мутагенез, радиационный мутагенез и плазменный мутагенез комнатной температуры, а также химические мутагенезы, такие как использование диэтилсульфата, этилметанесульфоната, нитросо-гуанидина, этиленэймина и азида натрия для лечения штаммов целевых объектов. Мун и др. [10] получили штамм мутантов с эритритолом выход увеличился на 47,6%, обработав ауреобазидиум sp. SN124A/данные отсутствуют.ультрафиолетовым мутагенезом и нитросогуанидином. Dong Hai et al. [27] подвергают отдельные Saccharomyces cerevisiae ERY237 ультрафиолетовому и химическому мутагенезу, чтобы получить доминирующий штамм, который производит 87,8 г/л эритритола в оптимальных условиях ферментации. Ван фэн вей и др. [28] получили штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae JunA/данные отсутствуют.6, который производит эритритол путем отбора проб, богатых высокой концентрацией сахара в природе. После комбинированного мутагенеза с ультрафиолетовым светом, ликлином и диэтилсульфатом (DES), лечения мутагенеза штамм JunA/данные отсутствуют.27 был получен. Производство эритритола в этом штамме достигло 67,5 г/л, что в 4,2 раза больше, чем в первоначальном штамме JunA/данные отсутствуют.6.

Gh Gh ezelbash et al. [29] получили мутант 49, штамм мутанта, который может синтезировать 39,76 г/л эритритола, облучая дрожжи 3. ЯрровияОрганизация < < липолитика > >DSM70562 ультрафиолетовым светом, который составляет 65. - 7%; Дальнейшие исследования показали, что увеличение производства эритритола связано с увеличением активности эритритола. Ультрафиолетовое облучение привело к замене апартиковой кислоты на позиции 270 фермента глутамической кислотой, что в конечном итоге привело к 1. Увеличение фермента в 47 раз. Кроме того, ферментация исходного штамма производит 6,37 г/л побочного продукта глицерола, в то время как мутант 49 не синтезирует глицерол.

Аналогичным образом, гезелбаш и др. [30] лечили кандиду магнолию Сержант м70638, получил мутант 12, штамм мутанта с отличными характеристиками. Выход эритритола в этом штамме достиг 20,32 г/л, что в 2,4 раза больше исходного штамма, в то время как концентрация побочного продукта глицерола снизилась в 5,5 раза. Qiu et al. [31] использовали ультрафиолетовый мутагенез и плазменный мутагенез комнатной температуры в сочетании с ультрафиолетовым мутагенезом для обработки дрожжей BBE 18. Была проведена первичная и вторичная проверка 1152 полученных штаммов мутантов, и, наконец, был получен высокопродуктивный штамм мутантов yliUA8. После оптимизации условий ферментации, он может производить 148 г/л эритритола, что намного выше, чем 43 г/л начального штамма. Таким образом, традиционный мутагенез и скрининг по-прежнему являются важным способом получения штаммов с отличными характеристиками. Дальнейшее совершенствование системыПроизводство эритритолаТребует сочетания других методов, таких как оптимизация процесса ферментации и изменение метаболических путей.

2 ферментация возобновляемых ресурсов или отходов в качестве сырья для синтеза эритритола

2. 1 использование в качестве сырья сырой глицерин

Традиционное жидкое ферментационное производство эритритола в основном использует коммерческую глюкозу и глицерол в качестве субстратов. Однако синтез эритритола из чистого глицерола или глюкозы не только приводит к увеличению расходов, но и противоречит концепции устойчивого развития "зеленой" экономики. В последние годы исследователи провели большое количество исследований по синтезу эритритола из возобновляемых источников, среди которых сырый глицерол является более широко используемым сырьем. Сырая глицерина является побочным продуктом процесса производства биодизельного топлива, его основными компонентами являются глицерин (80%), остаточное масло, свободные жирные кислоты и соль натрия [32]. Tomaszewska et al. [33] исследовали синтез эритритола 3. ЯрровияОрганизация < < липолитика > >в условиях чистого глицерина и сырого глицерина в качестве источников углерода. Tomaszewska et al. [33] исследовали синтез эритритола компанией 3. ЯрровияОрганизация < < липолитика > >с использованием чистого глицерола и сырого глицерола в качестве источников углерода. Результаты показали, что Ярровия липолитикаможет использовать сырой глицерол для синтеза эритритола с максимальной мощностью 80,5 г/л, что несколько ниже 84,1 г/л, полученных с помощью чистого глицерола. Это свидетельствует о Том, что сырый глицерол может использоваться в качестве основного сырья в промышленном производстве эритритола.

Mi Mironczuk et al. [34] оптимизирована повторная пакетная ферментация для того, чтобы дрожжи Ярровия липолитикасинтезировали 155,5 г/л эритритола с использованием в качестве сырья сырого глицерола. Хотя это меньше, чем 208 г/л, полученных с использованием чистого глицерола в контрольной группе, производительность достигла 0,56 г/г, что выше, чем 0,41 г/г в контрольной группе group' с 0. 41 г/г кобаяши и др. [24] подтвердили, что дрожжи зайгоспореллы могут ферментировать и синтезировать эритритол с использованием сырого глицерола в качестве субстрата с коэффициентом преобразования 60%, который превышает 50% коэффициент преобразования, когда чистый глюкоза используется в качестве источника углерода. Это также показывает, что сырой глицерол может заменить глюкозу в качестве сырья для ферментации и синтеза эритритола. Кроме того, Rakicka et al. [21] провели проверку синтеза эритритола компанией 3. ЯрровияОрганизация < < липолитика > >с использованием сырого глицерола из двух источников (83% глицерола из линии производства биодизельного топлива и 76% глицерола из линии производства мыла) в двухэтапном процессе ферментации. Результаты показали, что максимальная производительность эритритола составила 162 и 116 г/л, соответственно. Эта урожайность ниже 199,4 г/л, полученных с использованием чистого глицерола, однако с учетом экономической стоимости сырья лучше использовать сырый глицерол в качестве сырья для синтеза эритритола.

2. 2 использование мелассы и отработанное растительное масло в качестве сырья

В дополнение к сырой глицерин, мирончук и др. [35] использовали мелассы, побочный продукт сельскохозяйственной переработки, в качестве сырья для ферментации и синтеза эритритола. Основными компонентами мелассы являются сукроуз (55%), другие сахара, органические кислоты и соли. В этом исследовании, после двухступенчатой ферментации с использованием мелассы в качестве сырья, дрожжи Arthrospira Организация < < липолитика > >AMС. О.может синтезировать 70 г/л эритритола. H hijosa Valsero et al. [23] изучали использование Moniliella pollinis MUCL 40570, M. pollinis MUCL 28141, - псевдодозимаfusiformata DSM 27425 и P. - тсукубаенсисNRRL Y 7792 для синтеза эритритола с использованием сахарного тростникового, пчелиного, красного и розового винограда должны. Было обнаружено, что слизь 40570 и слизь 28141 могут синтезировать от 50 до 97 г/л эритритола; DSM 27425 и NRRL Y 7792 не могут метаболизировать сосульки и свеклы для синтеза эритритола, но могут использовать виноградный сок в качестве сырья для синтеза от 14 до 30 г/л эритритола. Таким образом, можно видеть, что различные штаммы имеют разные способности к метаболизации сырья.

Кухонные отходы масла содержат большое количество масла и химических органических веществ. Выброс его небрежно может привести к серьезному загрязнению окружающей среды, поэтому это имеет большое значение для повторного использования кухонных отходов масла. Liu et al. [36] обнаружили, что дрожжи M53 могут метаболизировать и синтезировать эритритол, используя кухонное отработанное масло в качестве сырья. Когда 30 г/л отработанного масла было добавлено в среду и культивируется в 5 л ферментера за 72 ч, было получено 22,1 г/л эритритола, с выходом 0,74 г/г. Впоследствии Liu et al. [37] оптимизировали процесс производства эритритола из отработанных масел и жиров. Во-первых, губка loofah была очищена и высушена, а затем разрежена на частицы размером 1 см × 1 см × 0.5 см и добавлена к броту ферментации, чтобы улучшить использование масла клетками в качестве распыляющего масла в воде. Было установлено, что не менее 60 г/л субстрата могут быть полностью использованы, а выход эритритола может достигать 0,76 г/г масла. Благодаря пакетному откорму и увеличению ферментации урожайность эритритола может быть увеличена до 114,3 г/л.

2.3 использование сельскохозяйственных отходов в качестве сырья

Сельскохозяйственные отходы содержат большое количество органических веществ, которые могут использоваться микроорганизмами. Лю и др. [38] попытались синтезировать эритритол, используя остатки сои в качестве сырья. Поскольку яроу липазе не может непосредственно разлагать соевые остатки, то остатки были сначала предварительно ферментированы с использованием слизистой оболочки и трицея Trichoderma, а затем предварительно ферментированный продукт был использован в качестве сырья для дальнейшей ферментации дрожжей был использован для дальнейшего ферментации и синтеза эритритола. Было обнаружено, что в 5 л ферментер дрожжи могут метаболизировать субстрат синтезировать 14. 7 г/л эритритола, выход 0. 49 г/г.

Процесс синтеза эритритола из возобновляемых источников с использованием твердого ферментации в последние годы достиг значительных успехов. По сравнению с традиционными Традиционная жидкостная глубокая ферментация, твердотельная ферментация имеет характеристики низкой себестоимости, более стабильного производства и более высокой урожайности [39]. Liu et al. [39] сначала использовали двухступенчатый метод ферментации твердого тела для получения эритритола из остатков сои в качестве субстрата. Первая стадия — ферментация аспергиллусом нигером, вторая стадия — ферментация эритритола через 72 ч. Кроме того, для того, чтобы добавить сухую луфа целлюлозу, отрубцы, кукурузные и гречневые шелухи в сырье, чтобы ослабить остатки сои для решения проблемы внутренней гипоксии, вызванной агломерацией остатков сои субстрита в фактическом процессе ферментации.

Было установлено, что выход эритритола составлял 143,3 мг/г (на основе 1 г сухого субстрата), когда brА вот и нет.использовался в качестве переплавляющего агента, а твердотельная ферментация производилась в течение 192 ч. В другом исследовании Liu et al. [40] была предпринята попытка синтезировать эритритол из отходов нефтесодержащих культур методом одноступенчатой твердой ферментации. Поскольку отходы нефтесодержащих культур содержат высокие уровни азота, что препятствует синтезу эритритола, они использовали модифицированный штамма 3. ЯрровияОрганизация < < липолитика > >M53 S. этот штамма имеет нокаout из гена snf1 (кодирование сукроза неферментирующий белок киназа) был нокатирован, который может быть использован для синтеза эритритола из субстрата в условиях достаточного источника азота. Было установлено, что M53 С. Sможет быть использован для синтеза эритритола путем ферментации смеси арахисового фильтра торт, 40% кунжетной муки и 10% кухонного отработанного масла, с выходом 185,4 мг/г.

Биохар может обеспечить место для колонизации клеток, а также способствовать росту клеток и метаболизма. Для дальнейшего повышения урожайности эритритола Liu et al. [41] ввели биоххар в твердотельную ферментационную систему. Во-первых, Различные субстраты, включая рисовые отрубцы, пшеничную солому, остатки грибов и свиной навоз, были карбонизированы при высоких температурах, а затем превращены в частицы углерода. Затем субстрат был добавлен к субстрату, состоящему из остатков соевой муки, кунжутной муки и кухонного масла (в соотношении массы 5:4:1). Наконец, было установлено, что биоуглеродные частицы, изготовленные из пшеничной соломы, оказали наиболее значительное воздействие на содействие синтезу эритритола с помощью 3. Ярровияlipolytica, наиболее эффективным в содействии синтезу эритритола с помощью Yarrowia lipolytica, а урожайность эритритола увеличилась с 182,4 мг/г без биоуглеродных частиц до 199,7 мг/г. Впоследствии, благодаря непрерывной оптимизации ферментации партии, урожайность эритритола может достичь 222,5 мг/г.

2.4 использование микроводорослей в качестве сырья

Микроводоросли считаются важным устойчивым сырьем, поскольку они не требуют земли для выращивания и поэтому не конкурируют с продовольственными культурами. Liu et al. [42] показали, что "Yarrowia lipolytica" может использовать остатки Schizochytrium sp. zjut8 (оставшиеся после извлечения нефти), остатки соевой муки торт и сезам в качестве сырья для синтеза эритритола. После ферментации fed- партии, выход продукта может достичь 223,2 мг/г (на основе 1 остатков), соевого корма остатки торта и кунжутной муки. Выход продукта после пакетной ферментации с добавками может достигать 223,2 мг/г (на основе 1 г сухого субструта). Однако, поскольку микроводоросли содержат целлюлозные компоненты, они не могут быть напрямую использованы Yarrowia lipolytica, поэтому протеазы и целлюлазы должны использоваться для предварительной обработки, что в некоторой степени увеличивает себестоимость производства. В будущих исследованиях непосредственное использование сырья, содержащего целлюлозные компоненты, компанией Yarrowia lipolytica может быть достигнуто путем модификации метаболических путей.

Можно сделать вывод о Том, что использование микроорганизмов для синтеза эритритола из возобновляемых источников через жидкую или твердую ферментацию и его промышленное производство является основным направлением исследований в будущем. Это позволит не только значительно сократить производственные издержки, но и добиться утилизации и повторного использования отходов, что также имеет большое значение для охраны окружающей среды и энергосбережения.

3 изменение метаболического пути эритритола

Быстрое развитие технологии генной инженерии и стремительное развитие технологии омикс гарантируют целенаправленное изменение микробных метаболических путей. По сравнению с традиционным мутагенезом и оптимизацией процессов селекции и ферментации методы метаболической инженерии, направленные на повышение урожайности целевых микробных продуктов путем целенаправленной модификации метаболических путей, имеют преимущества короткого цикла, высокой эффективности и более адресные преимущества. В настоящее время использование метаболических путей модификации для улучшения производства эритритола, исследования в основном сосредоточены на дрожижи Yarrowia липолитика, в Том числе улучшение метаболизма субстратов глюкозы и глицерола, повышение эффективности пентофосфатного пути и синтеза эритритола, и блокирование катаболизма эритритола (рис. 3). Кроме того Генные нокаутные методы, используемые при изменении метаболических путей, включают главным образом гомологическую рекомбинацию, гомологическую рекомбинацию на основе КРР-локс и нокаутную систему кас CRISPR, а плазмидные векторы используются главным образом в хромосомной интеграции (таблица 3).

Карл и др. [43] обнаружили и идентифицировали ген EYK1, который кодирует эритрозный киназ, который катализирует синтез эритроза 1- фосфата из эритроза (рис. 2). Когда EYK1 был нокаут в Yarrowia lipolytica W29, эритритол увеличился с 30,7 г/л до 35,7 г/л (табл.3). Автомобиль ли и др. [44] установили, что при перегрузке глицерола киназы (гут1), глицерола 3- фосфатной дегидрогеназы (гут2), фосфопистирола фосфора (тпи1), транскетолазы (тк1), эритроза 4- фосфатной фосфатазы (е4 пп) и эритрозы редуктазы (эр) концентрация эритритола в ферментационном бульоне была значительно выше, чем в контрольном штамме.

В их числе выход эритритола увеличился с 0,46 г/г до 0,61 г/г (таблица 3), что выше, чем выход других одиночных генных перегибов; И нокаутирование EYK1 и сочетание его с чрезмерным сжатием GUT1 и TKL1 может дополнительно увеличить производство эритритола в броте ферментации до 80,6 г/л. Мирончук и др. [13] пережатые фосфоглукомутазы (GND1), глюкозе -6- фосфатные дегидрогеназы (ZWF1), TKL1 и трансальдолазы (TAL1) в дрожжевом составе Arthrospira mutabilis AMM, соответственно, для изучения их воздействия на биосинтез эритритола. Результаты показали, что по сравнению с ферментационным синтезом эритритола контрольным штаммом MK1, глюкозы 6- фосфатной дегидрогеназы (ZWF1), TKL1 и трансальдолазы (TAL1), исследовали их влияние на синтез эритритола клеткой. Результаты показали, что по сравнению с контрольным штаммом MK1, который ферментировал и синтезировал 25,30 г/л эритритола, чрезмерное давление любого из этих генов может привести к тому, что клетка синтезирует более 40 г/л эритритола.

Chen g et al. [45] проанализировали эндогенную редуктазу эритритола в дрожжках CGMCC. C.7326 и перегрузку ER10, ER25 и ER27. Результаты показали, что чрезмерное сжавание каждого из трех генов может улучшить скорость синтеза эритритола CGMCC 7326 в определенной степени. Среди них наиболее очевидными были последствия чрезмерной нагрузки на ER27. Эритритол в броте ферментации, производимом исходными бактериями, увеличился со 154 г/л до 182 г/л в рекомбинантных бактериях, а интенсивность производства возросла с 1,6 до 2,2 г /(л · ч) (таблица 3).

Урожайность эритритола и производственная интенсивность полученного штамма увеличились на 23,5% и 50% по сравнению с исходным штаммом, достигнув соответственно 0,63 г/г и 2,4 г /(л · ч), в то время как эритритол достиг 190 г/л. Jagtap et al. [46] перегрузили фосфенилпируватную карбоксилазу (PEP) из Saccharomyces cerevisiae в Yarrowia lipolytica Po1f, что повысило эффективность использования глицерольных субстратов и производства эритритола. Производство эритритола, интенсивность производства эритритола, выход эритритола и коэффициент использования глицерола в броте ферментации увеличились соответственно с 10,70 г/л, 0,09 г /(л · ч), 0,11 г/г и 0,41 г /(л · ч) до 18,60 г/л, 0,16 г /(л · ч), 0,19 г/г и 0,41 г /(л · ч). G. Г.и 0. 41 г/(л · ч) до 18. 60 г/л, 0. 16 г/(л · ч), 0. 19 г/г и 0. 56 г/(л · ч). Кроме того, они еще больше перегрузили GUT1 и TKL1 в этой рекомбинантной бактерии, и после оптимизации fed- пакетной ферментации, окончательный брот ферментации может достичь 58,8 г/л эритритола. Также с помощью Начальный штамм Yarrowia lipolytica Polf, Zhang et al. [14] выбил кодированный ген EYD1, полученный штамм MY11 может ферментировать и синтезировать 40 г/л эритритола из глицерола в качестве субстрата, что является значительным увеличением по сравнению с 18 г/л контрольного штамма. Кроме того, для дальнейшего увеличения производства эритритола они пережарили рибозу 5- фосфатный изомер (RKI1) на основе MY11, а выход эритритола в полученном штамме может достичь 0,52 г/г, а выход 52 г/л.

Подводя итог, метаболический путь инженерии является эффективным способом для улучшения начальной штаммы#39; производство эритритола. Тем не менее, в настоящее время, большая часть метаболических путей эритритола инженерии сосредоточены на штаммах лабораторных моделей с низким исходным производством эритритола, таких как Yarrowia lipolytica W29, Polf и MK1. Было относительно мало метаболических путей инженерии промышленно развитых штаммов. Поэтому, по мнению автора, изменение метаболических путей на основе производственных штаммов с высокой начальной производительностью эритритола в сочетании с оптимизацией процесса ферментации станет эффективным способом устранения узких мест в производстве эритритола.

4. Выводы и перспективы

В настоящее время эритритол в основном производится дрожжевым путем твердого ферментации или жидкого ферментации, из которых основным штаммом является Yarrowia lipolytica. В последние годы исследователи объединили штамм мутагенез и отбор, оптимизацию параметров процесса ферментации и модификацию путей синтеза эритритола для достижения цели увеличения производства эритритола исходного штамма. В то же время имеются примеры исследований по синтез эритритола из возобновляемых ресурсов или отходов через смешанные процессы микробной ферментации. Тем не менее, есть еще много проблем, которые предстоит изучить в процессе микробного метаболизма синтезировать эритритол. В настоящее время наиболее распространенным штаммом является Saccharomyces cerevisiae, который является международно признанным безопасным микроорганизмом. Однако условия его роста требуют температуры около 30 ° с, что может привести к загрязнению и обратному загрязнению во время летнего производства, а также существует проблема высокого потребления охлаждающей энергии.

По этой причине в будущем можно было бы рассмотреть возможность целевого изменения теплостойкости существующих промышленных штаммов или изоляции штаммов от окружающей среды, которые могут выдерживать высокие температурные нагрузки и иметь отличные характеристики. (2) для дрожжевых яровиа липолитика, в настоящее время известно, что экологическое осмотическое давление играет важную регулирующую роль в метаболизме и синтезе эритритола, и лежащий в основе молекулярный механизм еще не ясно. Среди них транскрипционное регулирование ключевых ферментов в пути синтеза эритритола и временные характеристики синтеза эритритола заслуживают дальнейшего изучения и изучения. Для метаболических путей модификации эритритола, это в основном основано на пережарении генов, участвующих в субстратном метаболическом процессе, пентофосфата пути и ключевых шагов синтеза эритритола, а также вырубка генов в эритритол пути разложения.

Вместе с тем исследования по изменению субстратной транспортной системы в целях улучшения субстратной транспортировки и экспорта эритритола углубленно не проводились, что будет способствовать дальнейшему повышению урожайности эритритола. 4. Если эритритол синтезируется с использованием возобновляемых ресурсов или отходов в качестве сырья, используемый штамм должен быть способен к разложению и использованию целлюлозы или гемицеллюлозы в качестве источника углерода, что создает новую проблему для ферментации эритритола с использованием Yarrowia lipolytica. Хотя эта проблема может быть решена путем предварительной обработки сырья или путем смешанной ферментации, она, несомненно, увеличивает производственный цикл и стоимость. В то же время кислоты и гидроксиметилфурфураль, присутствующие в целлюлозной гидролизатной смеси, сдерживают рост яровийской липолитики.

Поэтому в будущем целевая модификация Yarrowia lipolytica, как ожидается, улучшит ее непосредственное использование возобновляемых ресурсов и повысит ее способность справляться с экологической нагрузкой, что приведет к устойчивому производству эритритола. ⑤ наконец, увеличение урожайности штамма, вызванное мутагенезом, связано с увеличением ферментной активности, вызванной мутацией ключевых ферментов в метаболическом пути. В будущем стоит изучить вопрос о Том, можно ли повысить активность и стабильность ключевых ферментов за счет экстракорпоральной направляемой эволюции, а затем эволюционированные ферменты могут выражаться внутриклещно через обратную метаболическую инженерную технологию, с тем чтобы достичь цели повышения урожайности целевых продуктов.

Ссылка на сайт

[1] Мартау г а, коман в, воднар D. Д. C. недавние события Авансы в счет авансов В биотехнологическом производстве эритритола и маннитола [J]. Крит рев биотехнол,2020,40(5) : 608 — 622.

[2] - стэнхоуп, К. К.  - я. Сахар с сахаром  Потребление, метаболизм  По борьбе с заболеваниями  и Ожирение: в Государства-участники Постоянный представитель российской федерации Спорный вопрос [J]. - Крит. В настоящее время * клин * * - в лабораторию. ТПП, 2016,53: 52 — 67.

[3] SUEZ J,KOREM T,ZEEVI D, и др. искусственные подсластители вызывают непереносимость глюкозы По запросу: 3. Изменение параметров Кишечник микробиоты [J]. Природа, 2014,514: 181-186.

[4] WOLNERHANSSEN B.K,MEYER-GERSPACH AC,BEGLINGEB. Р.C,et al.ic effects Соединенные Штаты америкиВ настоящее времяnatural sweeteners xylitol иerythritol: A comprehensive review[J]. Crit Rev - продукты питанияSci-i (Sci)Nutr,2020,60(12) : 1986 — 1998.

[5] Реднат к, мач B. Р. L, мач-айгнер A  Р. эритритол В качестве подсластителя:  В связи с чем    и   Куда [J]. Группа по планированию семьиМикробиол (микробиол)Biotechnol,2018,102(2) : 587 — 595.

[6] Суй сонсен, ван сонцзян, го чуанжуань и др. Научно-исследовательский прогресс в области производства эритритола путем микробной ферментации [J]. Пищевые добавки китая, 2021, 32(6): 125-131.

[7] Карочо м, моралес п, феррейра и р Vadis [J]. Iii. Тенденции Food  Sci  Технол,2015,45: 284 — 295.

[8] Ли цзюньлинь, го чуанжуань, ван сонцзян и др. Исследование свойств и применения эритритола [J]. Пищевые добавки китая, 2019, 30(10): 169-172.

[9] Даза-серна Я серна-лоиза - с, мази. A,et и al.From Культурный бульон кристаллам эритритола: возможность для круговой экономики [J]. Группа по планированию семьи  Микробиол (микробиол)  Биотехнол,2021,105 (1) 11. : 4467-4486.

[10]  Мун H J,JEYA M,KIM I W,et al.Biotechnological Производство сельскохозяйственной продукции- эритритолиits applications[J]. Appl Микробиол (микробиол)Biotechnol, 2010,86(4) : 1017-1025.

[11] Тайлер с. а., копит л., дойл с. и др. производство полиола при гетероферментативном росте растения изолируют Lactobacillus florum 2F[J]. - J.Appl Microbiol,2016,120(5) : 1336-1345.

[12] - в фургоне.   На главную страницу    Ну и ну.    A     D, перес    - галлего.   Р, врегденхил A,et и - al.Genetic Инженерно-технические работы Соединенные Штаты америки Синехоцисты PCC6803 для фототрофических Производство и продажаСоединенные Штаты америки Подсластитель эритритола [J]. Факт микробных клеток,2016,15: 60.

[13] Мирончук (MIRONCZUK)  A   М. : бегальская   - а, добрувольски  А. функциональная гипертония генов, участвующих в синтезе эритритола В области прав человека - дрожжи. Yarrowia  Lipolytica [J]. Биотехнол (биотехнол) Биотопливо,2017, 10: 77.

[14] Чжан (Китай) L,NIE M  Y, лю, F,et и Al.Multiple (множественные) - генная инженерия Интеграция в общество Для продвижения эритритола Производство и продажа На глицероле внутри  Yarrowia  Lipolytica [J]. Биотехнол летт,2021,43(7) : 1277-1287.

[15] 13. Нианг P. P.  М, аргуэльс-ариас A, сталь, сталь С, и, и Аль.в ярровии lipolytica   - эритритол  1. Катоболизм   На этом все.  с  Эритрозный фосфат [J]. Клеточный биол Int,2020,44(2) : 651-660.

[16] SAVERGAVE L С, гадр, R  Ви, вайди. Привет B  К, и, и Al.улучшение штамма  и  Статистические данные  Средства массовой информации  3. Оптимизация  для  Улучшенный эритритол Производство и продажа с - минимальный размер Побочные продукты От Венесуэла (боливарианская республика)magnoliae - мутант.R23[J]. М. : наука,2011,55(2) : 92-100.

[17] Коль е С, ли ли В случае необходимости Г, ли ли D. Д. Y,et Al. увеличьте масштаб Производства эритритола an  - осмофилик mutant  Соединенные Штаты америки Кандида магнолия [J]. Biotechnol Lett,2003,25(24) : 2103-2105.

[18] Саран с, мухерджи с, далал J, и др. высокое производство эритритола из Candida  - сорбосиворанцы SSE-24 и его ингибиторное воздействие на формирование биопцилма стрептококковых мутанов [J]. Bioresour Technol,2015,198: 31 — 38.

[19] Джея м, ли к м, тивари м к, и др. изоляция романа высокого производства эритритола Pseudozyma   tsukubaensis   и  Расширение масштабов деятельности - из эритритола 3. Ферментация  По адресу: По промышленному развитию Уровень [J]. Группа по планированию семьи Microbiol Biotechnol,2009,83(2) : 225 — 231.

[20]  LI L,KANG P,JU X,et al.увеличение производства эритритола трихопоронидами oedocephalis ATCC 16958 путем регулирования ключевой ферментной активности и соотношения надph/надп с добавками ионов металлов [J]. Подготовка к конференции - биохим. Biotechnol,2018,48 ( 3. : 257-263.

[21] - в раккике. М. : рывинская  - а, лазар  Z,et,  Al.двухступенчатая непрерывная культурно-технологическая поддержка производства эритритола [J]. J чистый Prod,2017,168: 420 — 427.

[22]  Го джей, ли Дж., чэнь Y,et Al.Improving (улучшение) - эритритол Производство и продажа Из xylose ауреобазидиевых пулуланов путем мутагенеза и оптимизации среды [J]. Группа по планированию семьи - биохим. Biotechnol,2016,180 ( 4. : 717-727.

[23] Ихоса-вальсеро М, гарита камбронеро, паниагуа-гарсия а I,et Al.побочные продукты Соединенные Штаты америки Сахарные заводы и 3. Винодельни  По состоянию на 31 декабря Исходное сырье для  - эритритол Поколение [J]. Пищевая биотехнология,2021,126: 345 — 355.

[24] Кобаяши (Китай) - да, ивата Эйч, мизусима. Привет D,et и Производство al.Erythritol Moniliella megachiliensis с использованием неочищенных глицерольных отходов в качестве углерода Источник [J]. В чем дело? Appl  Microbiol,2015,60 (5) : 475-480.

[25] О, боже мой! D. Д.  К, ко, чо  C   Г, ли ли J  К, и, и Al.повышенной мощности  Производство эритритола В случае необходимости Fed-batch (fed-batch)  Культура и искусство Соединенные Штаты америки - торула.  С помощью sp.by  Контроль концентрации глюкозы [J]. - J. Организация < < инд > > Microbiol  Биотехнол,2001,26 (4) : 248 — 252.

[26] Юилл дж. - я. Производство и продажа Соединенные Штаты америки Я-эритритол По запросу: Aspergillus Нигер [J]. Природа,1948,162: 652.

[27] дун хайчжоу, е сянь, хоу хансюэ и др. Исследование технологических условий производства эритритола торулопсисом sp. ERY237 [J]. Пищевая и ферментационная промышленность, 2008, 34(4): 75 — 79.

[28] ван фенгвей, чжан сяобей, чжэн чжиюн и др. Мутагенный скрининг и идентификация дрожжей, устойчивых к высокому осмотическому давлению при производстве эритритола [J]. Промышленная микробиология, 2013, 43(1): 59 — 63.

[29] Гезелбаш г р, нахви I, эмамзаде р. повышение активности эритрозной редуктазы, удаление побочных продуктов и статистических сред  3. Оптимизация  для   Усиленная система управления   - эритритол   Производство и продажа  От Yarrowia lipolytica мутант 49[J]. Curr Microbiol,2014,69(2) : 149-157.

[30] - гезелбаш G   - р, Организация < < нахви > >  Я, малекпур  - A. Производство эритритола с Минимальный размер пенсии Побочный продукт Использование программного обеспечения Candida magnoliae mutant[J]. Appl Biochem Microbiol,2014,50(3) : 292-296.

[31]  Цю х, сюй П, чжао X,et, al.комбинирование Генетически кодированные биосенсоры с  - высокий уровень  Пропускная способность  - штамм 1. Проверка По адресу: В максимально возможной степени Производство эритритола в Yarrowia lipolytica[J]. М. : метаб инг.,2020, 60: 66 — 76.

[32] Ян л, чжан - х, чжэн Z,et, Аль.а. Роман о любви - осмотик Контроль давления  Fed-пакетная ферментация для улучшения   - из эритритола productiПо состоянию на По запросу:  Yarrowia  lipolytica  Из российской федерации Глицерол [J]. Bioresour Technol,2014,151: 120 — 127.

[33] - томашевская  L, RYWINSKA   - а, гладковски   W. производство эритритола и маннитола дрожжами Yarrowia lipolytica В средствах массовой информации В которых содержатся  Глицерол [J]. - J. Организация < < инд > >  Microbiol  Биотехнол, 2012,39(9) : 1333 — 1343.

[34] MIRONCZUK A M,FURGALA J,RAKICKA M, и др Соединенные Штаты америки  - эритритол По запросу:  Yarrowia  lipolytica   По состоянию на - глицерол В многосерийных культурах [J]. J Ind Microbiol Biotechnol,2014,41 (1) : 57 — 64.

[35] Мирончук а м, ракичка м, бигальска а, и др. двухступенчатая ферментация В рамках процесса Соединенные Штаты америки - эритритол  Производство и продажа По запросу: - дрожжи.  - Y.  От 20 до 30 - молочные железы. and  Глицерол [J]. 1. Биорезор Технол, 2015,198: 445 — 455.

[36] Лю (LIU) X, y X,LV J,et и  Аль.а. Эффективная с точки зрения затрат В рамках процесса для Совместное производство эритритола и липазы с Yarrowia lipolytica  M53 из отработанного растительного масла [J]. Пищевая биотехнология,2017,103: 86 — 94.

[37]  Лю х, ю х, гао S,et al.увеличение производства эритритола с помощью Yarrowialipolytica из отработанного масла с помощью loofah sponge asoil- диспергент воды [J]. М. : наука,2019. 151: 107302.

[38] Лю х, ю X,XIA J,et и Производство эритритола По запросу: Yarrowia lipolytica  Из окары предварительно обработаны собственными ферментами грибов [J]. Bioresour Technol,2017,244: 1089 — 1095.

[39] Лю (LIU) X, y X, чжан T,et,  Al.Novel (англ.) В два этапа Твердотельная ферментация для - эритритол Производство и продажа on  Окара-гречка Средняя шелуха [J]. Bioresour Technol,2018,266: 439 — 446.

[40] Лю икс, ян У, чжао P,et и Al.Oil (al.Oil) Урожай на полях 3. Отходы as  Кандидаты на субстраты  для  Повышение эффективности управления   - эритритол   Производство и продажа   По запросу:  Модифицированная ярровия lipolytica   По адресу: via Один шаг вперед  С твердым покрытием Государства-участники Ферментация [J]. Bioresour Technol,2019,294: 122194.

[41]  Лю икс, ван Z, ян, Y,et Al.Novel (англ.) Ii. Стратегия Соединенные Штаты америки Включая компанию < < биохар > >  В случае необходимости   Твердость-состояние   3. Ферментация  для   Повышение эффективности управления   - эритритол Производство за счет: Формирование нового поколения " Микрозоны "[J]. 1. Биорезор Технол, 2020,306: 123141.

[42]  LIU X,DONG X,CHEN S, и др. повышение производства эритритола Пшеница из пшеницы Солома для волос Биохр-инкорпорация Твердость-состояние 3. Ферментация  Отходов сельского хозяйства Использование программного обеспечения Обезврежено или обезврежено Schizochytrium sp.biomasa в качестве дополнительного исходного сырья [J]. Ind Crop Prod,2021,170: 113703.

[43] Карли ф, гамбоа мелендес - эйч, вандермиз М, и Al.Identification (идентификационные данные) and   3. Определение характеристик  of  Еек 1, а  Ключ к разгадке  - генная инженерия  Для эритритола 1. Катоболизм В случае необходимости Yarrowia lipolytica[J]. Группа по планированию семьи Microbiol Biotechnol,2017,101(17) : 6587-6596.

[44] - карли. - ф, вандермиз  - м, телек  С, и, и  Al.повышение эритритола  3. Производительность труда  В случае необходимости  Yarrowia   lipolytica  Использование программного обеспечения Метаболическая инженерия [J]. М. : метаб инг.,2017,42: 19 — 24.

[45] Чэн х, ван с, билал   М, и   Al. Идентификация, характеристика двух надф-зависимые эритрозы редуктазы в the  - дрожжи.  Yarrowia   Липолитика и  Повышение производительности эритритола Метаболическая инженерия [J]. Организация < < микроб > > 1. Ячейка Факт, 2018,17(1) : 133.

[46] Организация < < джагтап > > S   С, бедекар  A  A, сингх, США V,et, Аль.метаболическая инженерия Олагиновые дрожжи Yarrowia  lipolytica  пpo1f для Производство и продажа of  erythritol  Из глицерола [J]. Биотехнол (биотехнол) Биотопливо, 2021,14(1) : 188.