ブタンジオール発酵

2,3-ブタンジオール発酵は、 2,3-ブタンジオールを最終生成物の一つとするグルコースの嫌気性発酵である。反応の全体的な化学量論は、

2ピルビン酸+ NADH --> 2 CO ₂ + 2,3-ブタンジオール。

ブタンジオール発酵は、通性嫌気性菌であるクレブシエラ属とエンテロバクター属^{に典型的に見られる発酵であり[1] 、} Voges-Proskauer (VP) テストを使用して検査されます。使用できる他の代替菌株もありますが、これについては以下の代替細菌株のセクションで詳しく説明します。

2,3-ブタンジオールの代謝機能は不明ですが、他の部分酸化生成物よりも阻害性が低く、混合酸ほど pH を低下させない中性生成物を生成することがこれらの微生物にとって進化上の利点であったと推測する人もいます。

ブタンジオールは、不凍液、食品添加物、防腐剤、医薬品など、多くの重要な工業用途に使用できます。また、環境のさまざまな場所で自然に生成されます。

2,3-ブタンジオール発酵では、混酸発酵よりも酸の生成量が少なく、ブタンジオール、エタノール、CO ₂およびH _{2 が}最終生成物となります。混酸発酵中に同量の CO ₂と H _{2 が}生成されますが、ブタンジオール発酵では、混酸発酵のようにギ酸水素リアーゼのみによってガスが生成されるわけではないため、 2 倍以上の CO _{2が生成されます。}

2,3-ブタンジオールは、溶存酸素レベルが制限されている限り（つまり、培養物が利用可能な酸素よりも多くの酸素を消費しようとしている限り）、通気発酵でさまざまなレベルで生成されます。酸素制限の程度によって、生成される2,3-ブタンジオールと副産物の比率が決まります。^[2]

2,3-ブタンジオールは、さまざまな産業用途と製品に利用されています。ブタンジオールのレボ異性体は、-60 °C という低い凝固点を持つため、不凍剤として機能します。触媒脱水素により、ブタンジオールはジアセチルを形成します。ジアセチルは、風味付けに使用できる食品添加物です。0.1% のブタンジオールは、その防腐作用により、ほとんどの病原菌を殺します。エステル化により、ポリウレタンフォームの前駆体が生成されます。これらは、医薬品、化粧品、ローション、軟膏、制汗剤など、さまざまな用途に使用できます。ブタンジオール自体は、医薬品業界で薬物キャリアとして使用されています。^[3]

中温菌を使用する場合、発酵プロセスを40℃未満で行う必要があり、低温による細菌汚染を引き起こす可能性があります。工業規模では、これには滅菌手順が必要であり、特別な施設を建設する必要があり、この追加手順を実行するためにより多くの従業員が必要になり、工場でより多くのエネルギーが消費されます。新しい好気性Geobacillus株XT15は、45〜55℃の温度で2,3-ブタンジオールを生成することが示されています。通常の環境に生息する微生物は45℃を超えると繁殖できないため、この高温により汚染のリスクを回避できます。Geobacillus株XT15は好熱性であるため、この高温で発酵を行うことができます。この代替株を使用すると滅菌は不要になり、製造プロセスがより効率的で費用対効果の高いものになります。^[4]

• 「(R,R)-ブタンジオール生合成のスーパーパスウェイ」。BioCycデータベース。