Новые методы одностадийной переработки полисахаридных компонентов лигноцеллюлозной биомассы (целлюлозы и гемицеллюлоз) в ценные продукты. Часть 3. Продукты, получаемые путем биотехнологической переработки поли- и моносахаридов биомассы

В ч. 3 обзора рассмотрены современные аспекты получения востребованных химических веществ, а именно этанола, н-бутанола, изобутанола, 2,3-бутандиола, молочной и янтарной кислот с использованием биотехнологических процессов переработки лигноцеллюлозной биомассы. Дана сравнительная характеристика различных подходов (в том числе SHF, SSF, SSCF и CBP) применительно к получению целевых веществ. Показано, что подход, связанный с консолидированной переработкой лигноцеллюлозы в востребованные вещества, перспективен для прямого получения химических веществ путем ее ферментации, но пока уступает другим способам переработки по эффективности. Развитие методов генетической инженерии микроорганизмов и применение методов системной биологии позволит создать более эффективные продуценты, а на их основе – более совершенные биотехнологические процессы.

1. Demirbaş A. // Energy Conversion and Management. 2001. Vol. 42. № 11. P. 1357—1378.

2. Gromov N.V., Taran O.P., Sorokina K.N. et al. // Catalysis in Industry. 2016. Vol. 8. № 2. P. 176—186.

3. Zeng A., Biebl H. // Tools and Applications of Biochemical Engineering Science / K. Schügerl, A. Zeng, J.G. Aunins et. al. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2002. P. 239—259.

4. Cok B., Tsiropoulos I., Roes A.L. et al. // Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 2014. Vol. 8. № 1. P. 16—29.

5. Ghaffar T., Irshad M., Anwar Z. et al. // Journal of Radiation Research and Applied Sciences. 2014. Vol. 7. № 2. P. 222—229.

6. Brosse N., Dufour A., Meng X. et al. // Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 2012. Vol. 6. № 5. P. 580—598.

7. Devappa R. K., Rakshit S. K., Dekker R.F.H. // Biotechnology Advances. 2015. Vol. 33. № 6, Part 1. P. 681-716.

8. Wang L., Wang J.G., Littlewood J. et al. // Green Chemistry. 2014. Vol. 16. № 3. P. 1527—1533.

9. Tyner W.E. // BioScience. 2008. Vol. 58. № 7. P. 646—653.

10. Slade R., Bauen A., Shah N. // Biotechnology for Biofuels. 2009. Vol. 2. P. 15.

11. Shukor H., Abdeshahian P., Al-Shorgani N.K.N. et al. // Bioresource Technology. 2016. Vol. 202. P. 206—213.

12. Lin P. P., Mi L., Morioka A.H. et al. // Metabolic Engineering. 2015. Vol. 31. P. 44—52.

13. Jiang L., Fang Z., Zhao Z. et al. // Bioresources. 2015. Vol. 10. № 1. P. 1318—1329.

14. Bai Z., Gao Z., Sun J. et al. // Bioresource Technology. 2016.Vol. 207. P. 346—352.

15. Sawisit A., Jantama S.S., Kanchanatawee S. et al. // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2015. Vol. 38. № 1. P. 175—187.

16. Суходолов А.П., Хаматаев В.А. // Известия Иркутской государственной экономической академии. 2009. № 3 (65). P. 49—52.

17. Nikolić S., Mojović L., Djukić-Vuković A. // Causes, Impacts and Solutions to Global Warming / Ibrahim Dincer, Ozgur Can ColpanFethi Kadioglu. New York, NY: Springer New York, 2013. P. 627—642.

18. Fonseca G.G., Heinzle E., Wittmann C. et al. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2008. Vol. 79. № 3. P. 339—354.

19. Nuanpeng S., Thanonkeo S., Yamada M. et al. // Energies. 2016. Vol. 9. № 4. P. 253.

20. Liu Z.-H.,Chen H.-Z. // Bioresource Technology. 2016. Vol. 201. P. 15—26.

21. Cha Y.-L., An G.H., Yang J. et al. // Renewable Energy. 2015. Vol. 80. P. 259—265.

22. Макарова Е.И. // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. Т. 2. С. 219—225.

23. Скиба Е.А., Будаева В.В., Павлов И.Н. и др. // Биотехнология. 2012. Т. 6. С. 42—52.

24. Koppram R., Olsson L. // Biotechnology for Biofuels. 2014. Vol. 7. P. 54—54.

25. De Cassia Pereira J., Travaini R., Paganini Marques N. et al. // Bioresource Technology. 2016. Vol. 204. P. 122—129.

26. Nichols N.N., Hector R.E., Saha B.C. et al. // Biomass and Bioenergy. 2014. Vol. 67. P. 79—88.

27. Choi G., Moon S., Kang H. et al. // Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 2009. Vol. 84. № 4. P. 547—553.

28. Jung Y.H., Kim I.J., Kim H.K. et al. // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2014. Vol. 37. № 4. P. 659—665.

29. Rodrigues T.H.S., de Barros E.M., de Sá Brígido J. et al. //Applied Biochemistry and Biotechnology. 2016. Vol. 178. № 6. P. 1167—1183.

30. Gurram R.N., Al-Shannag M., Lecher N.J. et al. // Bioresource Technology. 2015. Vol. 192. P. 529—539.

31. Alamanou D.G., Malamis D., Mamma D. et al. // Waste and Biomass Valorization. 2015. Vol. 6. № 3. P. 353—361.

32. Kuila A., Banerjee R. // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2014. Vol. 37. № 10. P. 1963—1969.

33. Capecchi L., Galbe M., Wallberg O. et al. // Biomass and Bioenergy. 2016. Vol. 90. P. 22—31.

34. Kim I., Lee I., Jeon S.H. et al. // Bioresource Technology. 2015. Vol. 192. P. 335—339.

35. Ahmed I.N., Nguyen P.L.T., Huynh L.H. et al. // Bioresource Technology. 2013. Vol. 136. P. 213—221.

36. Chen H., Zhao J., Hu T. et al. // Applied Energy. 2015. Vol. 150. P. 224-232.

37. Soudham V.P., Raut D.G., Anugwom I. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2015. Vol. 8. № 1. P. 1—13.

38. Ninomiya K., Ogino C., Ishizaki M. et al. // Biochemical Engineering Journal. 2015. Vol. 103. P. 198—204.

39. Zhu J., Qin L., Li B. et al. // Bioresource Technology. 2014. Vol. 169. P. 9—18.

40. Erdei B., Frankó B., Galbe M. et al. // Journal of Biotechnology. 2013. Vol. 164. № 1. P. 50—58.

41. Sasaki K., Tsuge Y., Sasaki D. et al. // Bioresource Technology. 2015. Vol. 185. P. 263—268.

42. Ishola M.M., Jahandideh A., Haidarian B. et al. // Bioresource Technology. 2013. Vol. 133. P. 68—73.

43. Wu Z., Lee Y.Y. // Applied Biochemistry and Biotechnology. 1998. Vol. 70. № 1. P. 479—492.

44. Agbogbo F.K., Coward-Kelly G. // Biotechnol Lett. 2008. Vol. 30. № 9. P. 1515—1524.

45. Castro R.C., Roberto I.C. // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2014. Vol. 172. № 3. P. 1553—1564.

46. Ryabova O.B., Chmil O.M., Sibirny A.A. // FEMS Yeast Res. 2003. Vol. 4. № 2. P. 157—164.

47. Beck M. // Biotechnol Lett. 1986. Vol. 8. № 7. P. 513—516.

48. Nonklang S., Abdel-Banat B.M., Cha-aim K. et al. // Appl Environ Microbiol. 2008. Vol. 74. № 24. P. 7514—7521.

49. Signori L., Passolunghi S., Ruohonen L. et al. // Microb Cell Fact. 2014. Vol. 13. № 1. P. 51.

50. Camargo D., Gomes S. D., Sene L. // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2014. Vol. 37. № 11. P. 2235—2242.

51. Nachaiwieng W., Lumyong S., Yoshioka K. et al. // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2015. Vol. 4. № 4. P. 543—549.

52. Wang R., Li L., Zhang B. et al. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2013. Vol. 40. № 8. P. 841—854.

53. Feng C., Zou S., Liu C. et al. // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2016. Vol. 32. № 5. P. 1—7.

54. Hasunuma T., Hori Y., Sakamoto T. et al. // Microbial Cell Factories. 2014. Vol. 13. P. 145.

55. Tolonen A. C., Zuroff T. R., Ramya M. et al. // Applied and Environmental Microbiology. 2015. Vol. 81. № 16. P. 5440—5448.

56. Kojima M., Okamoto K., Yanase H. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2013. Vol. 97. № 11. P. 5137—5147.

57. Treebupachatsakul T., Shioya K., Nakazawa H. et al. // Journal of Bioscience and Bioengineering. 2015. Vol. 120. № 6.

58. P. 657—665. 58. Aakko-Saksa P.T., Rantanen-Kolehmainen L., Skyttä E. // Environmental Science & Technology. 2014. Vol. 48. № 17. P. 10489—10496.

59. Егоров Н.С. // Промышленная микробиология. М.: Высшая школа, 1989.

60. Ezeji T., Milne C., Price N.D. et al. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2010. Vol. 85. № 6. P. 1697—1712.

61. Pang Z.-W., Lu W., Zhang H. et al. // Bioresource Technology. 2016. Vol. 212. P. 82—91.

62. Qureshi N., Singh V., Liu S. et al. // Bioresource Technology. 2014. Vol. 154. P. 222—228.

63. Wang Z., Cao G., Zheng J. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2015. Vol. 8. P. 84.

64. Rajagopalan G., He J.,Yang K.-L. // Renewable Energy. 2016. Vol. 85. P. 1127—1134.

65. Mack J.H., Schuler D., Butt R.H. et al. // Applied Energy. 2016. Vol. 165. P. 612—626.

66. Atsumi S., Wu T.-Y., Eckl E.-M. et al. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2010. Vol. 85. № 3. P. 651—657.

67. Li S., Wen J., Jia X. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2011. Vol. 91. № 3. P. 577—589.

68. Blombach B., Riester T., Wieschalka S. et al. // Appl Environ Microbiol. 2011. Vol. 77. № 10. P. 3300—3310.

69. González-Ramos D., van den Broek M., van Maris A. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2013. Vol. 6. № 1. P. 1—18.

70. Baez A., Cho K.-M., Liao J. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2011. Vol. 90. № 5. P. 1681—1690.

71. Brat D., Boles E. // FEMS Yeast Res. 2013. Vol. 13. № 2. P. 241—244.

72. Köpke M., Mihalcea C., Liew F. et al. // Applied and Environmental Microbiology. 2011. Vol. 77. № 15. P. 5467—5475.

73. Qin J., Xiao Z., Ma C. et al. // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2006. Vol. 14. № 1. P. 132—136.

74. Anvari M., Safari Motlagh M.R. // Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011. Vol. 2011.

75. Perego P., Converti A., Del Borghi A. et al. // Bioprocess Engineering. 2000. Vol. 23. № 6. P. 613—620.

76. Lian J., Chao R., Zhao H. // Metabolic Engineering. 2014. Vol. 23. P. 92—99.

77. Białkowska A.M., Gromek E., Krysiak J. et al. // Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology. 2015. Vol. 42. № 12. P. 1609—1621.

78. Hofvendahl K., Hahn—Hägerdal B. // Enzyme and Microbial Technology. 2000. Vol. 26. № 2—4. P. 87—107.

79. Ou M., Mohammed N., Ingram L.O. et al. // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2009. Vol. 155. № 1-3. P. 76—82.

80. Marques S., Santos J.A.L., Gírio F.M. et al. // Biochemical Engineering Journal. 2008. Vol. 41. № 3. P. 210—216.

81. Ito Y., Hirasawa T., Shimizu H. // Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 2014. Vol. 78. № 1. P. 151—159.

82. Hodge D.B., Andersson C., Berglund K.A. et al. // Enzyme and Microbial Technology. 2009. Vol. 44. № 5. P. 309—316.

83. Song H., Lee S.Y. // Enzyme and Microbial Technology. 2006. Vol. 39. № 3. P. 352—361.

84. Chen P., Tao S., Zheng P. // Bioresource Technology. 2016. Vol. 211. P. 406—413.

85. Salvachúa D., Mohagheghi A., Smith H. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2016. Vol. 9. P. 28.