Quelles sont les sources de poudre d’érythritol?

Ces dernières années, avec le rythme accéléré de la vie et les changements dans le mode de vie, les gens et#Les habitudes alimentaires ont subi d’énormes changements. Les problèmes de santé connexes tels que l’obésité, le diabète et les maladies cardiovasculaires ont causé de graves problèmes et inconvénients chez les personnes' L lvies [1]. La consommatiSur leExcessive de sucre dans l’alimentatiSur leest un facteur important contribuant à ce phénomène, et la consommation Excessive de sucre peut également entraîner une augmentation de l’incidence des maladies buccodentaires telles que la carie dentaire [2]. La découverte et l’utilisation d’édulcorants ont contribué à réduire l’ajout de sucre riche en calories dans les aliments, réduisant ainsi la consommation de sucre. Les édulcorants sont une classe de composés qui apportent de la douceur, mais qui ont peu de calories. Ils peuvent être divisés en édulcorants naturels eten édulcorants synthétiques selon leurs sources [1]. Les premiers édulcorants synthétiques tels que le stevia, l’abEn tant quesweet et la saccharine, bien que très sucrés, ont été trouvés pour causer des troubles de la flore intestinale et ne sont pEn tant quebénéfiques pour la santé lorsqu’ils sont consommés fréquemment [3]. Par rapport aux édulcorants synthétiques, l’utilisation d’édulcorants naturels, tels que le mannitol, l’érythritol, le xylitol et le sorbitol, est plus acceptable pour les gens. Ces alcools de sucre ont une faible énergie métabolique, des propriétés hypoglycémiques et sûres [4].

L’érythritol, chimiquement (2R, 3S) butane 1,2,3,4-tétrol, est un alcool blanc, inodore, non hygroscopique, optiquement inactif, thermiquement stable et soluble dans l’eau à quatre carbone qui est largement présent dans les fruits, les légumes et les aliments fermentés [5]. L’érythritol a attiré une attention particulière en raison de ses propriétés, qui comprennent être largement inutilisé par le corps et les micro-organismes intestinaux, ne pas modifier les concentrations de glucose dans le sang ou les niveaux d’insuline, et ne pas causer de diarrhée [6] [traduction]. Depuis sa première découverte en 1848, l’érythritol a été approuvé pour une utilisation directe comme ingrédient alimentaire et édulcorant au Japon, aux États-Unis et dans certains pays européens dans les années 1990. En Chine, une annonce officielle a été faite en 2008 permettant l’utilisation de l’érythritol dans les aliments avec modération selon les besoins [7-8]. En 2019, le volume du marché mondial de l’érythritol était de 70 400 tonnes, et d’ici 2026, la demande du marché pour l’érythritol devrait augmenter de 1,5 fois [9] [traduction]. La demande croissante du marché pour l’érythritol a imposé de nouvelles exigences à la La productiond’érythritol.

L’érythritol peut être synthétisé par des méthodes de La fermentationchimique et microbienne. Cependant, la synthèse chimique présente des inconvénients comme une faible efficacité de production, un coût élevé et des risques opérationnels, et n’a donc pas été industrialisée [1]. La La productiond’érythritol par La fermentationmicrobienne résout les effets néfastes de la synthèse chimique. Au fil des ans, les chercheurs ont beaucoup travaillé sur le processus de La productionde La fermentationde l’érythritol. Les résultats montrent que la composition du milieu de fermentation (y compris la source de carbone, la source d’azote, les sels inorganiques, etc.), les conditions de fermentation (y compris la température, le pH, l’oxygène dissous, etc.) et les méthodes de fermentation (y compris la fermentation continue, la fermentation par lots et la fermentation par lots d’alimentation, etc.) ont un impact significatif sur le rendement et la La productiond’érythritol. Le contenu pertinent [1, 9] a été bien décrit récemment, je ne le répéterai donc pas ici.

Le conseil des ministresProduction d’érythritol par fermentation microbienneA AAAAdes rendements et des taux de conversion faibles par rapport à la La productionde fermentation d’autres alcools de sucre. La mutagénèse et la modification des voies métaboliques des souches microbiennes fournissent une nouvelle orientation pour améliorer la La productiond’érythritol. Sur cette base, l’auteur résume les dernières recherches sur la synthèse par fermentation microbienne de l’érythritol, y compris les principales souches et les voies métaboliques de l’érythritol, la synthèse de l’érythritol à partir de ressources renouvelables, et l’ingénierie métabolique de la souche. Les voies possibles pour augmenter la La productiond’érythritol sont discutées, en vue de fournir de nouvelles idées de recherche pour la sélection et la construction futures de souches d’érythritol à haut rendement.

1 principaux micro-organismes pour la La productionde fermentation de l’érythritol et leur élevage

1. 1 bactéries

Les bactéries peuvent utiliser le glucose comme substrat pour synthétiser l’érythritol par l’action de la kinase de glucose, de l’isomérase de glucose-6-phosphate, de la phosphoketolase, de l’érythritol-4-phosphate déshydrogénase et de la phosphatase (Figure 1). À l’heure actuelle, peu de bactéries connues peuvent synthétiser directement l’érythritol, principalement le Lactobacillus et l’oenococcus (tableau 1). Tyler et al. [11] ont constaté que Lactobacillus florum 2F peut synthétiser 2,04 g/L d’érythritol en utilisant le glucose comme substrat, tandis que la concentration finale d’érythritol est plus faible lorsque le fructose est utilisé comme substrat. La concentration finale était plus faible; Dans le même temps, l’étude a analysé la La productiond’érythritol par 22 autres souches de bactéries, y compris Lactobacillus et Oenococcus, et a constaté que des souches comprenant des genres tels que Leuconostoc, Oenococcus et Weissella étaient capables de synthétiser 0,02 à 0,45 g/L d’érythritol (tableau 1). Et l’érythritol 4-phosphate phosphatase surexpressée et l’érythritol réductase dans les bactéries par génie génétique pour obtenir une souche dominante SEP024, qui peut synthétiser 0. 256 g/L érythritol. Globalement est faible, et la production industrielle d’érythritol ne peut être atteinte.

1. 2. Les champignons

Par rapport aux bactéries, les champignons peuvent métaboliser et synthétiser l’érythritol par la voie du pentose phosphate en utilisant du glucose, du glycérol, du fructose et d’autres substrats. La principale souche utilisée dans la production industrielle d’érythritol est la levure [9]. Dans la levure le glucose, le glycérol et le fructose comme substrats pour synthétiser l’érythritol. Parmi les levures utilisées dans la production industrielle d’érythritol, l’espèce principale est Saccharomyces cerevisiae[9]. Dans la levure, lorsque le glucose est utilisé comme source de carbone, le glucose est d’abord converti en glucose-6-phosphate dans la cellule par la kinase de glucose, la glucose-6-phosphate déshydrogénase, la 6-phosphogluconolactonase, la phosphogluconate déshydrogénase, le phosphate de ribulose 3-éimerase et l’isomérase de ribulose-5-phosphate catalysent la formation de la ribulose-5-phosphate et de la ribose-5-phosphate, qui sont ensuite converties par la transkétolase, la transaldolase, Érythrose-4-phosphate kinase et érythrose-4-phosphate réductase (transkétolase), transaldolase, érythrose-4-phosphate kinase et érythroséréductase (Figure 2) [13-14].

Lorsque le glycérol comme substrat, le glycérol peut être converti en fructose 1,6-diphosphate par la glycérol kinase, la glycérol 3-phosphate déshydrogénase, l’isomérase isomérase de triose phosphate et l’aldolase, puis entre dans la voie du pentose phosphate par l’intermédiaire du glucose 6 phosphate. Récemment, Niang et al. [15] ont constaté que l’érythritol peut être encore dégradé en érythrose et en phosphate érythrose et utilisé par les cellules. Au cours de ce processus, érythritol déshydrogénase L’érythrulose déshydrogénase, l’érythrulose kinase et l’isomérase de phosphate d’érythrulose jouent un rôle clé dans ce processus.

À l’heure actuelle, des levures à forte production d’érythritol ont été rapportées [16-25], y compris des espèces telles que Candida, Yarrowiaet Torula, qui peuvent synthétiser 25-245 g/L d’érythritol (tableau 2). Parmi elles, Yarrowialipolytiqueest la souche la plus utilisée dans la production industrielle d’érythritol. Yarrowialipolytiqueest un type de levure oléagineuse non conventionnelle et est également considéré comme un micro-organisme sûr (GRAS), il a donc une valeur d’application importante dans la production industrielle.

De plus, Yuill et al. [26] ont signalé pour la première fois en 1948 qu’aspergillus Niger peut métaboliser et synthétiser l’érythritol, mais que d’autres moisissures, dont Aspergillus, n’ont pas été utilisées dans la production industrielle d’érythritol.

1. 3. Sélection des souches

Les souches isolées de la nature ont le problème de la faible efficacité de synthèse d’érythritol. Par conséquent, afdansd’augmenter la synthèse initiale de l’érythritol de la souche, les traits de la souche doivent être modifiés. communément Les procédés comprennent des mutagènes physiques tels que la mutagénèse ultraviolette, la mutagénèse par rayonnement et la mutagénèse par plasma à température ambiante, ainsi que des mutagènes chimiques tels que l’utilisation de sulfate de diéthyle, de méthanesulfonate d’éthyle, de guanidine nitroso, d’éthylèneimine et d’azide de sodium pour traiter les souches cibles. Moon et al. [10] ont obtenu une souche mutante dont le rendement en érythritol a augmenté de 47,6 % en traiter Aureobasidium sp. SN124A avec une mutagénèse aux ultraviolets et de la nitrosoguanidine. Dong Hai et al. [27] ont soumis l’isolant Saccharomyces cerevisiae ERY237 à une mutagénèse aux ultraviolets et aux produits chimiques afdansd’obtenir une souche dominante produisant 87,8 g/L d’érythritol dans des conditions de fermentation optimums. Wang Feng Wei et al. [28] ont obtenu une souche de levure Saccharomyces cerevisiae JunA 6 qui produit de l’érythritol en criant des échantillons riches en fortes concentrations de sucres dans la nature. Après une mutagenèse combinée à la lumière ultraviolette, au LiCl et au sulfate de diéthyle (DES), on a obtenu la souche JunA 27. La production d’érythritol de cette souche a atteint 67,5 g/L, soit 4,2 fois celle de la souche initiale JunA 6.

Gh Gh ezelbash et al. [29] ont obtenu le Mutant mutant49, une souche mutante qui peut synthétiser 39,76 g/L d’érythritol, en irradiant la levure YarrowialipolytiqueDSM70562 avec la lumière ultraviolette, qui est 65. 7%; D’autres recherches ont révélé que l’augmentation de la production d’érythritol était liée à l’augmentation de l’activité de l’érythritol réductase. L’irradiation ultraviolette a provoqué le remplacement de l’acide aspartique à la position 270 de l’enzyme par de l’acide glutamique, ce qui a finalement conduit à un 1. Augmentation de 47 fois de l’activité enzymatique. De plus, la fermentation de la souche originale produit 6,37 g/L de glycérol, alors que le mutant 49 ne synthétisait pas le glycérol.

De même, Ghezelbash et al. [30] ont traité Candida:magnolia DS M70638, obtenu mutant 12, une souche mutante avec d’excellents traits. Le rendement en érythritol de cette souche a atteint 20,32 g/L, ce qui représente une augmentation de 2,4 fois par rapport à la souche de départ, tandis que la concentration du sous-produit glycérol a diminué de 5,5 fois. Qiu et al. [31] ont utilisé la mutagénèse aux ultraviolets et la mutagénèse dans le plasma à température ambiante combinées à la mutagénèse aux ultraviolets pour traiter la levure BBE 18. Un criblage primaire et secondaire des 1 152 souches mutantes obtenues A été effectué, et finalement la souche mutante à haut rendement yliUA8 A été obtenue. Après optimisation des conditions de fermentation, il a pu produire 148 g/L d’érythritol, ce qui est beaucoup plus élevé que les 43 g/L de la souche de départ. Cela montre que la mutagénèse et le dépistage conventionnels restent un moyen important d’obtenir des souches présentant d’excellents traits. Amélioration supplémentaire deProduction d’érythritolNécessite la combinaison d’autres méthodes telles que l’optimisation du processus de fermentation et la modification des voies métaboliques.

2 Fermentation de ressources renouvelables ou de déchets comme matières premières pour synthétiser l’érythritol

2. 1 utilisant la glycérine brute comme matière première

La production de fermentation liquide de l’érythritol utilise principalement du glucose et du glycérol commerciaux comme substrats. Cependant, la synthèse de l’érythritol à partir de glycérol pur ou de glucose entraîne non seulement une augmentation des coûts, mais contredit également le concept de développement durable d’une économie d’énergie verte. Ces dernières années, les chercheurs ont mené de nombreuses recherches sur la synthèse de l’érythritol à partir de ressources renouvelables, parmi lesquelles le glycérol brut est une matière première plus largement utilisée. La glycérine brute est un sous-produit du processus de production du biodiesel, et ses principaux composants comprennent la glycérine (80%), l’huile résiduelle, les acides gras libres et le sel de sodium [32]. Tomaszewska et al. [33] ont étudié la synthèse de l’érythritol par Yarrowialipolyticadans des conditions de glycérine pure et de glycérine brute comme sources de carbone. Tomaszewska et al. [33] ont étudié la synthèse de l’érythritol par Yarrowialipolyticaen utilisant du glycérol pur et du glycérol brut comme sources de carbone. Les résultats ont montré que Yarrowialipolytiquepeut utiliser du glycérol brut pour synthétiser l’érythritol avec un rendement maximal de 80,5 g/L, ce qui est légèrement inférieur aux 84,1 g/L obtenus avec du glycérol pur. Cela indique que le glycérol brut peut être utilisé comme matière première principale dans la production industrielle d’érythritol.

Mi Mironczuk et al. [34] ont optimisé la fermentation répétée en lots pour permettre à la levure Yarrowia lipolytiquede synthétiser 155,5 g/L d’érythritol en utilisant du glycérol brut comme matière première. Bien qu’il soit inférieur aux 208 g/L obtenus avec du glycérol pur dans le groupe témoin, le rendement atteint 0,56 g/g, ce qui est supérieur aux 0,41 g/g du groupe témoin.#39; S 0. 41 g/g. Kobayashi et al. [24] ont confirmé que la levure de zygosporella peut fermenter et synthétiser l’érythritol en utilisant du glycérol brut comme substrat, avec un taux de conversion de 60%, ce qui est supérieur au taux de conversion de 50% lorsque le glucose pur est utilisé comme source de carbone. Cela montre également que le glycérol brut peut remplacer le glucose comme matière première pour la fermentation et la synthèse de l’érythritol. De plus, Rakicka et al. [21] ont testé la synthèse de l’érythritol par Yarrowia lipolytiqueà l’aide de glycérol brut provenant de deux sources (83% de glycérol provenant d’une chaîne de production de biodiesel et 76% de glycérol provenant d’une chaîne de production de savon) dans un processus de fermentation en deux étapes. Les résultats ont montré que les rendements maximaux d’érythritol étaient respectivement de 162 et de 116 g/L. Ce rendement est inférieur aux 199,4 g/L obtenus avec du glycérol pur, mais compte tenu du coût économique des matières premières, il est préférable d’utiliser le glycérol brut comme matière première pour la synthèse de l’érythritol.

2. 2 utilisation de mélasse et d’huile de cuisson usagée comme matières premières

En plus de la glycérine brute, Mironczuk et al. [35] ont utilisé la mélasse, un sous-produit de la transformation agricole, comme matière première pour la fermentation et la synthèse de l’érythritol. Les principaux composants de la mélasse sont le saccharose (55%), d’autres sucres, des acides organiques et des sels. Dans cette étude, après une fermentation en deux étapes utilisant la mélasse comme matière première, la levure Arthrospira lipolytica AMN ° de cataloguepourrait synthétiser 70 g/L d’érythritol. Hijosa Valsero et al. [23] ont étudié l’utilisation de Moniliella pollinis MUCL 40570, M. Pollinis MUCL 28141, Pseudozymafusiformata DSM 27425 et P. tsukubaensisNRRL Y 7792 pour synthétiser l’érythritol à l’aide de mélasse de canne à sucre, de mélasse de betterave, de moût de raisdansrouge et de moût de raisdansrose. Il a été constaté que MUCL 40570 et MUCL 28141 peuvent synthétiser 50 à 97 g/ L d’érythritol; DSM 27425 et NRRL Y 7792 ne peuvent pas métaboliser la mélasse de saccharose et la mélasse de betterave pour synthétiser l’érythritol, mais peuvent utiliser le jus de raisin comme matière première pour synthétiser 14 à 30 g/L d’érythritol. On peut ainsi constater que les différentes souches ont des capacités différentes à métaboliser les matières premières.

L’huile usagée de cuisine contient une grande quantité d’huile et de matière organique chimique. Les jeter négligemment peut causer une grave pollution de l’environnement, il est donc très important de réutiliser les huiles usagées de cuisine. Liu et al. [36] ont constaté que la levure M53 peut métaboliser et synthétiser l’érythritol en utilisant l’huile usée de cuisine comme matière première. Lorsque 30 g/L d’huile usagée ont été ajoutés au milieu et cultivés dans un fermenteur de 5 L pendant 72 h, 22,1 g/L d’érythritol ont été obtenus avec un rendement de 0,74 g/g. Par la suite, Liu et al. [37] ont optimisé le processus de production d’érythritol à partir d’huiles usagées et de graisses. Dans un premier temps, l’éponge de luffa a été nettoyée et séchée, puis coupée en particules d’une taille de 1 cm × 1 cm × 0,5 cm et ajoutée au bouillon de fermentation pour améliorer l’utilisation de l’huile par les cellules comme dispersant huile dans l’eau. On a constaté qu’au moins 60 g/L de substrat peuvent être complètement utilisés et que le rendement en érythritol peut atteindre 0,76 g/g d’huile. Grâce à l’alimentation par lots et à la fermentation à grande échelle, le rendement en érythritol peut encore être augmenté pour atteindre 114,3 g/L.

2.3 utilisation des déchets agricoles comme matière première

Les déchets agricoles contiennent une grande quantité de matière organique qui peut être utilisée par des micro-organismes. Liu et al. [38] ont tenté de synthétiser l’érythritol en utilisant des résidus de soja comme matière première. Comme la lipase d’yarrow ne peut pas décomposer directement le résidu de soja, le résidu a d’abord été préfermenté à l’aide de Mucor flavus et de Trichoderma reesei, puis le produit préfermenté a été utilisé comme matière première pour la fermentation suivante avec de la levure a été utilisée pour fermenter davantage et synthétiser l’érythritol. On a constaté que dans un fermenteur de 5 L, la levure pouvait métaboliser le substrat pour en synthétiser 14. 7 g/L d’érythritol, avec un rendement de 0. 49 g/g.

Le processus de synthèse de l’érythritol à partir de ressources renouvelables au moyen de la fermentation à l’état solide a fait des percées ces dernières années. Par rapport à la tradition La fermentation liquide profonde traditionnelle, la fermentation à l’état solide présente les caractéristiques d’un faible coût de production, d’une production plus stable et d’un rendement plus élevé [39]. Liu et al. [39] ont d’abord utilisé une méthode de fermentation à l’état solide en deux étapes pour produire de l’érythritol à partir de résidus de soja comme substrat. La première étape a été la fermentation par Aspergillus Niger, et après 72 h, la deuxième étape de fermentation de l’érythritol a été effectuée par inoculation in situ de Yarrowia lipolytica. En outre, afin d’ajouter de la pulpe sèche de luffa, son, épis de maïs et de sarrazin aux matières premières pour délier le résidu de soja afin de résoudre le problème de l’hypoxie interne causée par l’agglomération du résidu de soja de substrat dans le processus de fermentation proprement dit.

On a constaté que le rendement en érythritol était de 143,3 mg/g (sur la base de 1 g de substrat sec) lorsque le son était utilisé comme agent de charge et que la fermentation à l’état solide était effectuée pendant 192 h. Dans une autre étude, Liu et al. [40] ont tenté de synthétiser l’érythritol à partir de déchets de Les culturesoléagiles par une méthode de fermentation solide en une étape. Parce que les déchets de cultures oléagines contiennent des niveaux élevés d’azote, ce qui inhibe la synthèse de l’érythritol, ils ont utilisé une souche modifiée de Yarrowia lipolytica M53 S. cette souche a un knockout du gène snf1 (codant saccharose non fermenting protéine kinase) a été éliminé, qui peut être utilisé pour synthétiser l’érythritol à partir du substrat dans des conditions de source d’azote suffisante. Il a été constaté que le M53 S peut être utilisé pour synthétiser l’érythritol par fermentation d’un mélange de gâteau de filtre d’arachide, 40% de farine de sésame et 10% d’huile usagée de cuisine, avec un rendement de 185,4 mg/g.

Le Biochar peut fournir un endroit pour la colonisation cellulaire, tout en favorisant la croissance cellulaire et le métabolisme. Pour augmenter davantage le rendement en érythritol, Liu et al. [41] ont introduit du biochar dans le système de fermentation à l’état solide. Tout d’abord, Différents substrats, dont le son de riz, la paille de blé, les résidus de champignons et le fumier de porc, ont été carbonisés à haute température puis broyés en particules de carbone. Le substrat a ensuite été ajouté à un substrat composé de résidu de tourteau de soja, de farine de sésame et d’huile usagée de cuisine (dans un rapport massique de 5:4:1). Il a finalement été constaté que les particules de biocarbone produites à partir de la paille de blé avaient l’effet le plus significatif sur la promotion de la synthèse de l’érythritol par Yarrowia lipolytica le plus efficace dans la promotion de la synthèse de l’érythritol par Yarrowia lipolytica, et le rendement d’érythritol a augmenté de 182,4 mg/g sans particules de biocarbone à 199,7 mg/g. Par la suite, grâce à l’optimisation de la fermentation continue en lot, le rendement en érythritol pourrait atteindre 222,5 mg/g.

2.4 utilisation de résidus de microalgues comme matière première

Les microalgues sont considérées comme une matière première durable importante car elles ne nécessitent pas de terres pour la culture et ne concurrencent donc pas les cultures vivrières. Liu et al. [42] ont montré que Yarrowia lipolytica peut utiliser le résidu de Schizochytrium sp. zjut8 (qui reste après l’extraction de l’huile), le tourteau de tourteau de tourteau de tourteau de soja et la farine de sésame comme matières premières pour synthétiser l’érythritol. Après fermentation par lots, le rendement du produit peut atteindre 223,2 mg/g (sur la base de 1 résidu), de tourteaux de tourteaux de tourteaux de soja et de tourteaux de sésame. Le rendement du produit après fermentation en lot avec suppléments peut atteindre 223,2 mg/g (sur la base de 1 g de substrat sec). Cependant, dans la recherche, comme le résidu de microalgues contient des composants de cellulose, il ne peut pas être directement utilisé par Yarrowia lipolytica, de sorte que la protéase et la cellulase doivent être utilisées pour le prétraitement, ce qui augmente dans une certaine mesure le coût de production. Dans les recherches futures, l’utilisation directe de matières premières contenant des composants cellulosiques par Yarrowia lipolytica peut être réalisée par modification des voies métaboliques.

On peut en conclure que l’utilisation de micro-organismes pour synthétiser l’érythritol à partir de ressources renouvelables par fermentation liquide ou solide et sa production industrielle est la principale direction de recherche à l’avenir. Cela permettra non seulement de réduire considérablement les coûts de production, mais aussi de recycler et de réutiliser les déchets, ce qui est également très important pour la protection de l’environnement et les économies d’énergie.

3 modification de la voie métabolique de l’érythritol

Le développement rapide de la technologie du génie génétique et le développement rapide de la technologie de la génomique garantissent une modification ciblée des voies métaboliques microbiennes. Par rapport à la mutagénèse traditionnelle et à l’optimisation des procédés de sélection et de fermentation, les méthodes d’ingénierie métabolique visant à améliorer le rendement des produits microbiens cibles par une modification ciblée des voies métaboliques présentent les avantages d’un cycle court, d’une efficacité élevée et d’avantages plus ciblés. À l’heure actuelle, l’utilisation de la modification de la voie métabolique pour améliorer la production de l’érythritol, la recherche s’est principalement concentrée sur la levure Yarrowia lipolytica, y compris l’amélioration du métabolisme des substrats glucose et glycérol, l’amélioration de l’efficacité de la voie du pentose phosphate et la synthèse de l’érythritol, et le gel du catabolisme de l’érythritol (Figure 3). Les méthodes de knockout de gènes impliquées dans la modification des voies métaboliques comprennent principalement la recombinaison homologue, la recombinaison homologue à base de Cre lox et le système de knockout Cas CRISPR, et les vecteurs de plasmides utilisés sont pour la plupart des plasmides intégrés chromosomiques (tableau 3).

Carl et al. [43] ont découvert et identifié le gène EYK1, qui code l’érythrose kinase qui catalyse la synthèse du 1-phosphate de l’érythrose à partir de l’érythrose (figure 2). Lorsque EYK1 a été éliminé dans le Yarrowia lipolytica W29, l’érythritol a augmenté de 30,7 g/L à 35,7 g/L (tableau 3). Le rendement en érythritol de la souche knockout était de 0,49 g/g, ce qui était plus élevé que celui de la souche originale (0,39 g/g). Car ly et al. [44] ont constaté que lorsque la glycérol kinase (GUT1), la glycérol 3-phosphate déshydrogénase (GUT2), la phosphopyruvate isomérase (TPI1), la transkétolase (TKL1), l’érythrose 4-phosphate phosphatase (E4 PP) et l’érythrose réductase (ER) étaient surexpresses en même temps, la concentration d’érythritol dans le bouillon de fermentation était significativement plus élevée que celle de la souche témoin.

Parmi eux, le rendement en érythritol a augmenté de 0,46 g/g à 0,61 g/g (tableau 3), ce qui est supérieur au rendement des autres surexpressions monogènes; Et en éliminant EYK1 et en le combinant avec la surexpression de GUT1 et TKL1, la production d’érythritol dans le bouillon de fermentation peut encore augmenter à 80,6 g/L. Mironczuk et al. [13] susuxpressed phosphoglucomutase (GND1), glucose-6-phosphate déshydrogénase (ZWF1), TKL1 et transaldolase (TAL1) dans la levure Arthrospira mutabilis AMM, respectivement, pour étudier leurs effets sur la biosynthèse de l’érythritol. Les résultats ont montré que comparé à la synthèse par fermentation de l’érythritol par la souche témoin MK1, glucose 6-phosphate déshydrogénase (ZWF1), TKL1 et transaldolase (TAL1), et examiné leur effet sur la synthèse de l’érythritol par la cellule. Les résultats ont montré que par rapport à la souche témoin MK1, qui fermentait et synthétisait 25,30 g/L d’érythritol, la surexpression de l’un de ces gènes pourrait amener la cellule à synthétiser plus de 40 g/L d’érythritol.

Chen g et al. [45] ont analysé l’érythritol réductase endogène dans la levure CGMCC C7326 et les ER10, ER25 et ER27 surexprimés. Les résultats ont montré que la surexpression de chacun des trois gènes pouvait à elle seule améliorer le taux de synthèse de l’érythritol du CGMCC 7326 dans une certaine mesure. Parmi eux, l’effet de la surexpression ER27 était le plus évident. L’érythritol dans le bouillon de fermentation produit par les bactéries d’origine est passé de 154 g/L à 182 g/L chez les bactéries recombinantes, et l’intensité de production a augmenté de 1,6 à 2,2 g/(L·h) (tableau 3).

Le rendement en érythritol et l’intensité de production de la souche obtenue ont augmenté de 23,5 % et 50% par rapport à la souche originale, atteignant respectivement 0,63 g/g et 2,4 g/(L·h), tandis que l’érythritol a atteint 190 g/L. Jagtap et al. [46] ont surexpressé la phosphoénolpyruvate carboxylase (PEP) de Saccharomyces cerevisiae dans le Po1f de Yarrowia lipolytica, ce qui a amélioré l’efficacité d’utilisation des substrats glycéroliques et la production d’érythritol. La production d’érythritol, l’intensité de production d’érythritol, le rendement en érythritol et le taux d’utilisation du glycérol dans le bouillon de fermentation ont augmenté de 10,70 g/L, 0,09 g/(L·h), 0,11 g/g et 0,41 g/(L·h) à 18,60 g/L, 0,16 g/(L·h), 0,19 g/g et 0,41 g/(L·h), respectivement. G Get 0. 41 g/(L · h) à 18. 60 g/L, 0. 16 g/(L · h), 0. 19 g/g et 0. En outre, ils ont surexcité encore le GUT1 et le TKL1 dans cette bactérie recombinante, et après optimisation de la fermentation par lots, le bouillon de fermentation finale pourrait atteindre 58,8 g/L d’érythritol. Aussi en utilisant La souche de départ de Yarrowia lipolytica Polf, Zhang et al. [14] éliminant le gène codé EYD1, la souche obtenue MY11 peut fermer et synthétiser 40 g/L d’érythritol à partir du glycérol comme substrat, ce qui représente une augmentation significative par rapport aux 18 g/L de la souche témoin. De plus, afin d’augmenter encore la production d’érythritol, ils ont surexpressé le 5-phosphate isomérase de ribose (RKI1) sur la base de MY11, et le rendement d’érythritol dans la souche obtenue pourrait atteindre 0,52 g/g, avec un rendement de 52 g/L.

En résumé, l’ingénierie des voies métaboliques est un moyen efficace d’améliorer la souche initiale et#39; S production d’érythritol. Cependant, à l’heure actuelle, la majeure partie de l’ingénierie des voies métaboliques de l’érythritol se concentre sur des souches modèles de laboratoire présentant une faible production initiale d’érythritol, telles que Yarrowia lipolytica W29, Polf et MK1. Il y a eu relativement peu d’ingénierie des voies métaboliques des souches industrialisées. Par conséquent, l’auteur croit que la modification des voies métaboliques basées sur des souches industrielles à forte production initiale d’érythritol, combinée à l’optimisation du processus de fermentation, sera un moyen efficace d’améliorer le goulot d’étranglement de la production d’érythritol.

4 Conclusions et perspectives

Actuellement, l’érythritol est principalement produit par les levures par fermentation à l’état solide ou par fermentation liquide, dont la principale souche est Yarrowia lipolytica. Au cours des dernières années, les chercheurs ont combiné la mutagénèse et la sélection des souches, l’optimisation des paramètres du processus de fermentation et la modification de la voie de synthèse de l’érythritol pour atteindre l’objectif d’augmenter la production d’érythritol de la souche de départ. Dans le même temps, il y a eu des exemples de recherche sur la synthèse de l’érythritol à partir de ressources renouvelables ou de déchets par le biais de procédés de fermentation microbienne mélangés. Cependant, il y a encore beaucoup de problèmes à explorer dans le processus du métabolisme microbien pour synthétiser l’érythritol. ① actuellement, la souche la plus couramment utilisée est le Saccharomyces cerevisiae, qui est un micro-organisme sûr reconnu internationalement. Cependant, son environnement de croissance nécessite une température d’environ 30 ° C, ce qui peut causer une contamination et une contre-contamination pendant la production estivale, et il y a aussi le problème de la consommation d’énergie de refroidissement élevée.

Pour cette raison, à l’avenir, on pourrait envisager une modification ciblée de la résistance à la chaleur des souches industrielles existantes, ou l’isolement des souches de l’environnement qui peuvent résister à des contraintes à haute température et présentent d’excellentes caractéristiques. (2) pour la levure Yarrowia lipolytica, on sait actuellement que la pression osmotique environnementale joue un rôle régulateur important dans son métabolisme et la synthèse de l’érythritol, et le mécanisme moléculaire sous-jacent n’est pas encore clair. Parmi eux, la régulation transcriptionnelle des enzymes clés dans la voie de synthèse de l’érythritol et les caractéristiques temporelles de la synthèse de l’érythritol méritent des recherches et des explorations plus poussées. ③ pour la modification de la voie métabolique de l’érythritol, il est principalement basé sur la surexpression des gènes impliqués dans le processus métabolique de substrat, la voie du phosphate de pentose et les étapes clés de la synthèse de l’érythritol, aussi bien que l’élimination des gènes dans la voie de dégradation de l’érythritol.

Toutefois, la recherche sur la modification du système de transport du substrat pour améliorer le transport du substrat et l’exportation de l’érythritol n’a pas été effectuée en profondeur, ce qui contribuera à améliorer encore le rendement de l’érythritol. 4. Si l’érythritol est synthétisé en utilisant des ressources renouvelables ou des déchets comme matières premières, la souche utilisée doit être capable de se décomposer et d’utiliser la cellulose ou hémicellulose comme source de carbone, ce qui représente un nouveau défi pour la fermentation de l’érythritol à l’aide de Yarrowia lipolytica. Bien que ce problème puisse être résolu par prétraitement des matières premières ou par fermentation mixte, il augmente sans aucun doute le cycle de production et le coût. En même temps, les acides et l’hydroxyméthylfurfural présents dans le mélange d’hydrolysat cellulosique inhibent la croissance de Yarrowia lipolytica.

Par conséquent, à l’avenir, la modification ciblée de Yarrowia lipolytica devrait améliorer son utilisation directe des ressources renouvelables et améliorer sa capacité à faire face au stress environnemental, ce qui conduira à la production durable d’érythritol. ⑤ enfin, l’augmentation du rendement de la souche causée par la mutagénèse est liée à l’augmentation de l’activité enzymatique causée par des mutations dans des enzymes clés dans la voie métabolique. À l’avenir, il est utile d’étudier si l’activité et la stabilité des enzymes clés peuvent être améliorées par l’évolution orientée In vitro, et ensuite les enzymes évoluées peuvent être exprimées intracellulaires par la technologie d’ingénierie métabolique inverse, afin d’atteindre l’objectif d’augmenter le rendement des produits cibles.

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