生物质的化学品和生物制品 Biotechnology for Biofuels

论文标题：Chemicals and Bioproducts from Biomass

期刊：Biotechnology for Biofuels

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编辑：James du Preez

最近Biotechnology for Biofuels期刊决定扩大其涵盖范围，包括关于化学物质的生物生产和来自生物质和二氧化碳的生物产品。虽然期刊中的大部分文章仍然涉及木质纤维素生物质转化为乙醇过程的预处理、水解和生物转化，但该期刊还发表了一些与生物基化学品和其他生物制品有关的热门文章。

本期回顾性专题文章汇集了自2015年以来介绍这些研究领域的热门文章，欢迎点击“阅读原文”免费浏览专题详情。

图1

The synthetic xylulose-1 phosphate pathway increases production of glycolic acid from xylose-rich sugar mixtures

木酮糖-1磷酸盐的合成通路增加富含木糖的混合物的乙醇酸的产量

乙醇酸（GA）是一种双羟基酸，适用于化妆品、纺织和医疗行业。通过天然乙醛酸分流器，可以实现所有糖的微生物乙醇酸的生产。合成D-二醇-1磷酸盐（X1P）的合成通路提供了从D-木糖生成乙醇酸的互补途径。X1P通路和乙醛酸通路的同步操作在理论上会使木糖的乙醇酸产量提高了20%，这可显著提高半纤维素水解液的乙醇酸产量。

本文描述了一种改造的大肠杆菌菌株，该菌株通过乙醛酸酯通路产生乙醇酸，其中葡萄糖、木糖或葡萄糖和木糖的混合物的产量分别为0.31、0.29和0.37克/克（质量比33∶66%）。当X1P通路和乙醛酸酯通路同时运行时，三个基材上的乙醇酸产量分别为0.39、0.43和0.47克/克。同时操作乙醛酸和X1P通路的菌株表达糖渗透性GalP后，用葡萄糖/木糖混合物喂养，GA产量进一步增加到0.63克/克。在这些情况下，糖混合物的木糖组分上的GA产量可以达到0.75克/克，是迄今为止报告的最高产量。这些结果表明，X1P合成通路对于在富含木糖的木质纤维素水解中提高GA产量具有极强的潜力。

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A sustainable biorefinery to convert agricultural residues into value-added chemicals

将农业废弃物转化为增值化学品的可持续生物精炼厂

由于温室气体排放、气味问题和潜在的水污染，动物粪便是个极大的环境问题。厌氧消化（AD）是一种用于生物能源生产有效且广泛使用的技术。然而，AD的可持续性受到富营养的液体消化和富纤维固体消化的两种副产品的影响。为了克服这些限制，本文提出了一种生物精炼厂的概念，以充分利用动物粪便，为动物粪便管理开辟新的增值途径。

本文研究的生物精炼厂包括AD、处理液体消化的电凝（ EC），以及将固体纤维经真菌转化为精细的化学品——几丁质。动物粪便首先由AD处理，以产生甲烷气体，用于发电，为整个生物精炼厂提供动力。由此产生的液体消化被EC处理，以回收水。然后，将酶水解和真菌发酵应用于富含纤维素的固体消化，以产生几丁质。EC水被用作真菌发酵的加工用水。结果表明，所研究的生物精炼厂将1公斤干动物粪便转化为含有12%几丁质（10%葡萄糖胺）的17克真菌生物量，产生1.7MJ可再生能源和8.5千克灌溉用水。

这项研究展示了一种能量正输出和无淡水输入的生物精炼厂，可用于同时处理动物粪便并产生精细的化学品——几丁质。这个可持续生物精炼厂的概念为农业废弃物管理和增值化学品生产提供了双赢的解决方案。

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Metabolic engineering of Zymomonas mobilis for 2,3-butanediol production from lignocellulosic biomass sugars

利用运动发酵单胞菌的代谢工程从木质纤维素生物糖生产2, 3-丁二醇

为开发先进生物燃料生产的途径，了解宿主代谢和环境条件对生产经济生物燃料的异源途径的影响，我们寻求重新定向模式乙醇原运动发酵单胞菌的碳流，以生产理想的碳氢化合物中间体2，3-丁二醇(2,3-BDO)。2，3-BDO是一种大宗化学原料，可生产汽油、柴油和燃料。

本文研究了在多物种细菌合成2，3-BDO的生物途径，其中包括编码乙酸合成酶、乙酸二甲酸脱氧乙酰酶和丁二醇脱氢酶的三种基因。本研究进行了生物信息学分析，以查明提高2，3-BDO产量的潜在瓶颈。利用不同细菌物种的基因，构建了不同组合的2，3-BDO生物合成代谢途径。我们的研究结果表明，碳通量可以从乙醇生产改变为2，3-BDO生物合成，这三种异质基因对于有效地将丙酮酸盐从乙醇生产中重定向到运动发酵单胞菌的2，3-BDO大量生产至关重要。到目前为止，缩小范围选择的最佳基因组合使运动发酵单胞菌能够从葡萄糖和木糖生产超过10克/升的2，3-BDO，以及从脱氧和机械精炼过程中得到混合的C6/C5糖流。

本研究证实了在代谢工程过程中整合生物信息学分析和系统生物学数据的价值，为运动发酵单胞菌的化学品生产的增值提供指导，并揭示了宿主代谢、氧气含量和异构2，3-BDO生物合成途径之间的相互作用。总之，这项工作为未来的代谢工程工作提供了指导，旨在提高2，3-BDO在厌氧环境中的产量。

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期刊介绍

图2

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期刊指数及信息

• IF(2019): 4.815

• JCR分区：

Q1 BIOTECHNOLOGY & APPLIED MICROBIOLOGY -- SCIE

Q2 ENERGY & FUELS -- SCIE

• 排名：

23/156  BIOTECHNOLOGY & APPLIED MICROBIOLOGY -- SCIE

32/112  ENERGY & FUELS -- SCIE

• 发文速度：

First decision for reviewed manuscripts only：52 天
First decision for all manuscripts：43 天
From submission to acceptance：109 天
From acceptance to publication：13 天

Biotechnology for Biofuels是一本开放获取的同行评议期刊，内容包括与生物燃料、生物化学和生物材料生产相关的基本认识、技术能力、技术经济和生命周期评估方面的进展。

该期刊强调理解和推进生物技术、生物工程和遗传学在改善植物、藻类和其他碳质原料中的应用，以及设计的转化系统。它们的改进对于从植物或水生生物质中提取的生物燃料、生物化学品和生物材料，以及从生物质或二氧化碳中提取的中间体的生物生产具有重要意义。

Biotechnology for Biofuels 侧重于以下领域：

• 废物的厌氧消化

• 细菌和真菌、酵母的遗传学、生理学和代谢工程。

• 生物氢和生物电（燃料电池）

• 生物质糖和木质素及其他生物质衍生中间体的生物和化学升级；

• 生物质的预处理、分馏和提炼

• 生物工艺集成、生物杂交工艺和技术经济分析

• 无细胞和固定化酶过程

• 开发陆生植物和藻类原料；

• 酶工程、生产和分析

• 发酵、生物催化转化和反应动力学。

• 生命周期评估和环境影响分析

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