Купить (625 RUB)
|сгенерировать QR код
Открытый доступ
Доступ платный или только для Подписчиков
Сравнительный анализ биотехнологических и каталитических подходов к получению органических кислот
https://doi.org/10.18412/1816-0387-2024-3-73-82
Аннотация
Применение возобновляемых ресурсов для получения востребованных химических продуктов является альтернативой традиционным процессам, основанным на нефтехимическом синтезе. Рассмотрены основные подходы, связанные с получением органических кислот из глюкозы и целлюлозы, как компонентов возобновляемой биомассы. Проведено сравнение биотехнологических подходов получения гликолевой, глутаровой, мезаконовой, муконовой, изомасляной, молочной, 3-гидроксипропионовой, янтарной, итаконовой и адипиновой кислот с каталитическими подходами. Показано, что биотехнологическое производство янтарной и молочной кислот реализовано в промышленном масштабе, а ряда других органических кислот возможно при условии повышения продуктивности их продуцентов.
Об авторах
К. Н. Сорокина
Институт катализа СО РАН, Новосибирск
Россия
Россия
Ю. В. Самойлова
Институт катализа СО РАН, Новосибирск
Россия
Россия
В. Н. Пармон
Институт катализа СО РАН, Новосибирск
Россия
Россия
Список литературы
1. Сорокина К.Н., Самойлова Ю.В., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2022. T. 22. № 3. C. 66—85.
2. Fernando S., Adhikari S., Chandrapal C., Murali N. // Energy & Fuels. 2006. V. 20. № 4. P. 1727—1737.
3. Gromov N., Taran O., Sorokina K., Mishchenko T., Uthandi S., Parmon V. // Kataliz v promyshlennosti. 2016. V. 16. P. 74—83.
4. Takkellapati S., Li T., Gonzalez M.A. // Clean Technologies and Environmental Policy. 2018. V. 20. № 7. P. 1615—1630.
5. Sorokina K.N., Samoylova Y.V., Piligaev A.V., Sivakumar U., Parmon V.N. // Catalysis in Industry. 2017. V. 9. № 3. P. 270—276.
6. Kim G., Gavande V., Shaikh V., Lee W.-K. // Molecules. 2023. T. 28. C. 4810.
7. Jem K.J., Tan B. // Advanced Industrial and Engineering Polymer Research. 2020. V. 3. № 2. P. 60—70.
8. Montes de Oca H., Ward I.M. // Polymer. 2006. V. 47. № 20. P. 7070—7077.
9. Синельников А.Н., Щербаков П.С., Беренда А.В., Мальков В.С. Электромембранный синтез гликолевой кислоты // Вестн. Том. гос. ун-та. 2014. № 380. С. 230—236.
10. Im S., Saad S., Park Y. // Electrochemistry Communications. 2022. V. 135. Art. 107204.
11. Amarasekara A.S., Herath H.N.K., Grady T.L., Gutierrez Reyes C.D. // Applied Catalysis A: General. 2022. V. 648. Art. 118920.
12. Li J., Yang R., Xu S., Zhou C., Xiao Y., Hu C., Tsang D.C.W. // Applied Catalysis B: Environmental. 2022. V. 317. Art. 121785.
13. Madduluri V.R., Lim M., Saud A.S., Maniam G.P., Ab Rahim M.H. // Catal. Lett. 2024. V. 154. P. 994–1006.
14. Deng Y., Ma N., Zhu K., Mao Y., Wei X., Zhao Y. // Metabolic Engineering. 2018. V. 46. P. 28—34.
15. Zahoor A., Otten A., Wendisch V.F. // Journal of biotechnology. 2014. V. 192.
16. Koivistoinen O.M., Kuivanen J., Barth D., Turkia H., PitkänenPitkänen J.-P., Penttilä M., Richard P. // Microbial Cell Factories. 2013. V. 12. № 1. P. 82.
17. Becker J., Lange A., Fabarius J., Wittmann C. // Current Opinion in Biotechnology. 2015. V. 36. P. 168—175.
18. Han T., Kim G.B., Lee S.Y. // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2020. V. 117. № 48. P. 30328—30334.
19. Paris G., Berlinguet L., Gaudry R., English J., Dayan J. // Org. Synth. 2003. V. 37. P. 47.
20. Vafaeezadeh M., Hashemi M.M. // Process Safety and Environmental Protection. 2016. V. 100. P. 203—207.
21. Zhang W., Rao M.-Y., Cheng Z.-J., Zhu X.-Y., Gao K., Yang J., Yang B., Liao X.-L. // Chemical Papers. 2015. V. 69. № 5. P. 716—721.
22. Hao L., Li C., Zhao L., Xie X., Lu K. A Novel Sustainable Method to Prepare Glutaric Acid from Glucose, 2020.
23. Rohles C., Gläser L., Kohlstedt M., Giesselmann G., Pearson S., del Campo A., Becker J., Wittmann C. // Green Chemistry. 2018. V. 20.
24. Lundberg D.J., Lundberg D.J., Zhang K., Dauenhauer P.J. // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2019. V. 7. № 5. P. 5576—5586.
25. Nôtre J., Dijk S., Haveren J., Scott E., Sanders J. // ChemSusChem. 2014. V. 7.
26. Kuenz A., Krull S. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2018. V. 102. № 9. P. 3901—3914.
27. Bohre A., Novak U., Grilc M., Likozar B. // Molecular Catalysis. 2019. V. 476. Art. 110520.
28. Gogin L., Zhizhina E., Pai Z. // Kataliz v promyshlennosti. 2020. V. 20. P. 374—380.
29. Lebeau J., Efromson J., Lynch M. // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2020. V. 8.
30. Wang G., Øzmerih S., Guerreiro R., Meireles A. C., Carolas A., Milne N., Jensen M.K., Ferreira B.S., Borodina I. // ACS Synthetic Biology. 2020. V. 9. № 3. P. 634—646.
31. Capelli S., Rosengart A., Villa A., Citterio A., Di Michele A., Bianchi C.L., Prati L., Pirola C. // Applied Catalysis B: Environmental. 2017. V. 218. P. 220—229.
32. Henard C., Akberdin I., Kalyuzhnaya M., Guarnieri M. // Green Chemistry. 2019. V. 21.
33. Xie N.-Z., Liang H., Huang R.-B., Xu P. // Biotechnology Advances. 2014. V. 32. № 3. P. 615—622.
34. Averesch N.J.H., Krömer J.O. // Metabolic Engineering Communications. 2014. V. 1. P. 19—28.
35. Capelli S., Motta D., Evangelisti C., Dimitratos N., Prati L., Pirola C., Villa A. // ChemCatChem. 2019. V. 11.
36. Khalil I., Quintens G., Junkers T., Dusselier M. // Green Chemistry. 2020. V. 22.
37. Ling C., Peabody G., Salvachúa D., Kim Y.-M., Kneucker C., Calvey C., Monninger M., Munoz N., Poirier B., Ramirez K., St. John P., Woodworth S., Magnuson J., Burnum-Johnson K., Guss A., Johnson C., Beckham G. // Nature Communications. 2022. V. 13. Art. 4925.
38. Zhang K., Woodruff A., Xiong M., Zhou J., Dhande Y. // ChemSusChem. 2011. V. 4. P. 1068—1070.
39. McGarvey G.B., Moffat J.B. // Journal of Catalysis. 1991. V. 132. № 1. P. 100—116.
40. Yu A.-Q., Pratomo Juwono N.K., Foo J.L., Leong S.S.J., Chang M.W. // Metabolic Engineering. 2016. V. 34. P. 36—43.
41. Abedi E., Hashemi S.M.B. // Heliyon. 2020. V. 6. № 10. Art. e04974.
42. Sivagurunathan P., Raj T., Chauhan P.S., Kumari P., Satlewal A., Gupta R.P., Kumar R. // Biochemical Engineering Journal. 2022. V. 187. Art. 108668.
43. Mora J., Montero-Zamora J., Barboza N., Rojas-Garbanzo C., Usaga J., Redondo-Solano M., Schroedter L., Olszewska-Widdrat A., López-Gómez J. // Fermentation. 2020. V. 6. P. 23.
44. Wu J., Xin Y., Kong J., Guo T. // Microbial Cell Factories. 2021. V. 20.
45. Valli M., Sauer M., Branduardi P., Borth N., Porro D., Mattanovich D. // Applied and Environmental Microbiology. 2006. V. 72. P. 5492—5499.
46. Wang Y., Li K., Huang F., Wang J., Zhao J., Zhao X., Garza E., Manow R., Grayburn S., Zhou S. // Bioresource Technology. 2013. V. 148. P. 394—400.
47. Zhu Y., Eiteman M., DeWitt K., Altman E. // Applied and Environmental Microbiology. 2007. V. 73. P. 456—464.
48. Saitoh S., Ishida N., Onishi T., Tokuhiro K., Nagamori E., Kitamoto K., Takahashi H. // Applied and Environmental Microbiology. 2005. V. 71. № 5. P. 2789—2792.
49. Yamane T., Tanaka R. // Journal of Bioscience and Bioengineering. 2013. V. 115. № 1. P. 90—95.
50. Tsuge Y., Yamamoto S., Kato N., Suda M., Vertes A., Yukawa H., Inui M. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2015. V. 99.
51. Sorokina K.N., Samoylova Y.V., Piligaev A.V., Sivakumar U., Parmon V.N. // Catalysis in Industry. 2017. V. 9. № 3. P. 264—269.
52. Svetlitchnyi V A., Svetlichnaya T.P., Falkenhan D.A., Swinnen S., Knopp D., Läufer A. // Biotechnology for Biofuels and Bioproducts. 2022. V. 15. № 1. P. 44.
53. Haokok C., Lunprom S., Reungsang A., Salakkam A. // Heliyon. 2023. V. 9. № 7. Art. e17935.
54. Oh H., Wee Y.-J., Yun J.-S., Ho Han S., Jung S., Ryu H.-W. // Bioresource Technology. 2005. V. 96. № 13. P. 1492—1498.
55. Zhang D., Hillmyer M., Tolman W. // Macromolecules. 2004. V. 37.
56. Della Pina C., Falletta E., Rossi M. // Green Chemistry. 2011. V. 13. № 7. P. 1624—1632.
57. Kumar V., Ashok S., Park S. // Biotechnology Advances. 2013. V. 31. № 6. P. 945—961.
58. Sauer M., Porro D., Mattanovich D., Branduardi P. // Trends in Biotechnology. 2008. V. 26. № 2. P. 100—108.
59. Kim K., Kim S.-K., Park Y.-C., Seo J.-H. // Bioresource Technology. 2014. V. 156. P. 170—175.
60. Xu Y.-Z., Guo N.-N., Zheng Z., Ou X.-J., Liu H.-J., Liu D.-H. // Biotechnology and bioengineering. 2009. V. 104. P. 965—972.
61. Borodina I., Kildegaard K.R., Jensen N.B., Blicher T.H., Maury J., Sherstyk S., Schneider K., Lamosa P., Herrgård M.J., Rosenstand I., Öberg F., Forster J., Nielsen J. // Metabolic Engineering. 2015. V. 27. P. 57—64.
62. Song C.W., Kim J.W., Cho I.J., Lee S.Y. // ACS Synthetic
63. Nghiem N., Kleff S., Schwegmann S. // Fermentation. 2017. V. 3. P. 26.
64. Saxena R.K., Saran S., Isar J., Kaushik R. 27 Production and Applications of Succinic Acid // Current Developments in Biotechnology and Bioengineering. Elsevier, 2017. P. 601—630.
65. Zacharopoulos I., Theodoropoulos C. // Bioresource Technology. 2023. V. 386. Art. 129518.
66. Cimini D., Argenzio O., D’Ambrosio S., Lama L., Finore I., Finamore R., Pepe O., Faraco V., Schiraldi C. // Bioresource Technology. 2016. V. 222. P. 355—360.
67. Lee S.J., Song H., Lee S.Y. // Applied and Environmental Microbiology. 2006. V. 72. P. 1939—1948.
68. Okino S., Noburyu R., Suda M., Jojima T., Inui M., Yukawa H. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2008. V. 81. № 3. P. 459—464.
69. Babaei M., Kildegaard K., Niaei A., Hosseini M., Ebrahimi S., Sudarsan S., Angelidaki I., Borodina I. // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2019. V. 7. P. 361.
70. Kumar P., Dubey K.K. Chapter 13. Citric Acid Cycle Regulation: Back Bone for Secondary Metabolite Production // New and Future Developments in Microbial Biotechnology and Bioengineering. Amsterdam: Elsevier, 2019. P. 165—181.
71. Narisetty V., Prabhu A.A., Al-Jaradah K., Gopaliya D., Hossain A.H., Kumar Khare S., Punt P.J., Kumar V. // Bioresource Technology. 2021. V. 337. Art. 125426.
72. Cunha da Cruz J., Castro A., Servulo E. World market and biotechnological production of itaconic acid // 3 Biotech. 2018. V. 8.
73. Wierckx N., Agrimi G., Lübeck P.S., Steiger M.G., Mira N.P., Punt P.J. // Current Opinion in Biotechnology. 2020. V. 62. P. 153—159.
74. Krull S., Hevekerl A., Kuenz A., Prüße U. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2017. V. 101. № 10. P. 4063—4072.
75. Zhang R., Liu H., Ning Y., Yu Y., Deng L., Wang F. // Fermentation. 2023. V. 9. P. 71.
76. Huang X., Lu X., Li Y., Li X., Li J.-J. // Microbial Cell Factories. 2014. V. 13. № 1. P. 119.
77. Rios J., Lebeau J., Yang T., Li S., Lynch M. // Green Chemistry. 2021. V. 23.
78. Shimizu A., Tanaka K., Fujimori M. // Chemosphere — Global Change Science. 2000. V. 2. № 3. P. 425—434.
79. Yan W., Zhang G., Wang J., Liu M., Sun Y., Zhou Z., Zhang W., Zhang S., Xu X., Shen J., Jin X. // Frontiers in Chemistry. 2020. V. 8.
80. Niu W., Draths K.M., Frost J.W. // Biotechnology progress. 2002. V. 18. № 2. P. 201—211.
81. Zhou Y., Zhao M., Zhou S., Zhao Y., Li G., Deng Y. // Journal of biotechnology. 2020. V. 314—315.
82. Zhang X., Liu Y., Wang J., Zhao Y., Deng Y. // Journal of Microbiology. 2020. V. 58. № 12. P. 1065—1075.
83. Xu D., Ma C., Wu M., Deng Y., He Y.-C. // Bioresource Technology. 2023. V. 382. Art. 129196.
Рецензия
Для цитирования:
Сорокина К.Н., Самойлова Ю.В., Пармон В.Н. Сравнительный анализ биотехнологических и каталитических подходов к получению органических кислот. Катализ в промышленности. 2024;24(3):73-82. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2024-3-73-82
For citation:
Sorokina K.N., Samoylova Y.V., Parmon V.N. Comparative analysis of biotechnological and catalytic approaches to the production of organic acids. Kataliz v promyshlennosti. 2024;24(3):73-82. (In Russ.) https://doi.org/10.18412/1816-0387-2024-3-73-82
Просмотров:
189
Послать статью по эл. почте 