kurgus (kurgus) wrote,
kurgus
kurgus

Categories:

Двухфазный микробиосинтез

Переслали недавно новость Компьюленты: Как вдвое повысить выход биотоплива при меньших затратах.

Через пресс-релиз New process doubles production of alternative fuel while slashing costs добрался до исходной статьи Pradip B. Dhamole et al. Extractive fermentation with non-ionic surfactants to enhance butanol production. Biomass and Bioenergy, Vol. 40, May 2012, pp. 112–119.

Забавная штука - напомнила сразу две лабораторные работы: по микробиологии и по коллоидной химии.

Итак, по порядку.

Одна из наиболее приятных лаб по микробио - работа по ацетон-бутанольному брожению. Оно характерно для многих клостридий, обычно используется Clostridium acetobutylicum - это хороший продуцент, настолько хороший, что использовался в промышленных целях еще в 1910-х: Британия после начала мировой войны обнаружила, что ацетон и бутанол она импортировала из Германии - и в Манчестере быстренько запустили нанотехнологическое биотехнологическое производство.
Эти клостридии сбраживают углеводы, превращая ~30% субстрата в бутанол и ацетон, а остальное - в CO2 +H2, так что культура бурлит и перемешивания не требует - разве что сильно пенится и пытается выйти из берегов, что неприятно.

Но производственная проблема такого брожения традиционна: метаболиты - и ацетон, и бутанол - токсичны для продуцента, клостридии перестают расти при их концентрациях ~1.5% и 0.5% соответственно. И отгонять их из водного раствора - как это делается в лабораторной работе - термодинамически печально. Тем более в таких инчтожных концентрациях.

Другая лабораторная работа из счастливой юности - определение критической концентрации мицеллообразования (курс коллоидной химии).
Смысл сводится к тому, что любые поверхностно-активные вещества при низких концентрациях образуют истинные растворы, но при повышении концентрации при достижении ею определенной величины при данной температуре молекулы ПАВ начинают объединяться в агрегаты-мицеллы - появляется новая фаза. А где двухфазная система - там и у растворенных субстанций появляется свобода выбора - в какой из фаз преимущественно растворяться/концентрироваться, количественное выражение этой свободы - коэффициенты распределения, т.е. отношения равновесных концентраций субстанции в двух фазах.
Одним из результатов мицеллообразования является такое явление, как солюбилизация - нечто гидрофобное и в воде поэтому нерастворимое обволакивается гидрофобными хвостами ПАВ и увлекается в гидрофобные же ядра мицелл, в результате чего переходит в коллоидный раствор - растворяясь в бытовом смысле этого слова.

В общем, вся теоретическая база статьи описана выше. А экспериментальный результат таков: товарищи взяли культуру Clostridium pasteurianum, добавили разные неионогенные ПАВ, и оказалось, что с некоторым сополимером этилен- и пропиленоксида (L62) клостридии неплохо себя чувствуют и даже, если его, L62, добавить в среду 6%, то выход бутанола удваивается (225% процента от контроля).
Такое повышение выхода наблюдается из-за того, что бутанол - спирт достаточно гидрофобный, коэффициент распределения вода/мицеллярная фаз в этом случае составляет 3-4, и и мицелляная фаза выступает в роли резервуара, куда уходит бутанол, отодвигая время достижения токсичной для бактерий концентрации в воде.

Т.е. подход достаточно интересный и правильный для увеличения выходов подавляющих рост бактерий целевых метаболитов.

Но меня мучает один вопрос.
Я выше писал, что при бутанольном брожении культура Clostridium acetobutylicum сильно пенится и эта пена так и норовит выбраться из сосуда.
Так вот, Dow Chemical продает этот самый Tergitol L62 в качестве пеноподавляющего агента.
Его товарищи из ACES взяли потому, что он попросту был под рукой - или они пытались подавить пенообразование и заметили изменение выходов?


Tags: Биология, Химия
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments