Current advances in microbial production of 1,3‐propanediol

Abstract

1,3‐Propanediol (1,3‐PDO), an important chemical raw material, has attracted much attention due to its wide use as a monomer of biodegradable polyester materials. Production of 1,3‐PDO from renewable resources, through microbial fermentation, has the advantage of requiring only mild conditions. The process also demonstrates industrial safety and is environmentally friendly. In this review, we have summarized and commented on current progress in screening and breeding strains for 1,3‐PDO production, especially from glycerol or glucose. Advanced strategies, including metabolic engineering, fermentation process optimization, and construction of a microbial consortium system, are introduced and discussed. Current challenges and prospects for more efficient and economical bio‐based 1,3‐PDO production are examined in the context of its industrial application. © 2021 Society of Chemical Industry and John Wiley & Sons, Ltd

Contribution of Fermentation Technology to Building Blocks for Renewable Plastics

“…Even though the average titer is reduced (85.0 g/L), it benefits the up-scale fermentation by reducing time of seed cultivation and improving stability of 1,3-PDO production. The yield of 1,3-PDO production from fed-batch fermentation of glycerol reported to our knowledge mostly ranges from 0.45 to 0.58 g 1,3-PDO /g Gly , indicating the favorable mode of operation for up-scale production [135,140,141].…”

“…The open mixed culture (MMC) technology is also receiving attention due to the advantage in non-sterile fermentation, which is favorable for the up-scale production, as it could reduce costs related to sterilization and pure feedstock requirements and enhance tolerance to feedstock and by-product (e.g., organic acid) toxicity [141]. Varrone et al reported the potential continuous anaerobic fermentation of crude glycerol to 1,3-PDO by enriched anaerobic sludge at pH 5.5 and with a retention time of 12 h. Crude glycerol concentration could be increased to almost 90 g/L, but the maximum substrate conversion rate (94%) was observed at a concentration around 50-60 g/L, using an animal fat-derived crude glycerol.…”

Co-digestão de vinhaça e glicerina em reatores anaeróbios de leito fluidificado

“…Além disso, o 1,3-PDO é utilizado na fabricação de poli tereftalato de etileno (PET), um plástico biodegradável, cuja produção apresenta perspectivas de expansão. Atualmente, o 1,3-PDO é majoritariamente produzido quimicamente (ZHU et al, 2021) por hidratação de acroleína, hidroformilação de óxido de etileno e transformação enzimática do glicerol (LEE et al, 2015). No entanto, a biossíntese do glicerol foi sugerida pela primeira vez há 140 anos como um método de produção de 1,3-PDO (FREUND, 1881).…”

“…No entanto, a biossíntese do glicerol foi sugerida pela primeira vez há 140 anos como um método de produção de 1,3-PDO (FREUND, 1881). Além da fermentação ser um método de obtenção de produtos mais sustentável do que a fabricação química, no contexto atual, a produção de 1,3-PDO a partir do glicerol está associada ao aumento da valorização do biodiesel (SUN et al, 2018;ZHU et al, 2021), uma vez que, estima-se que os preços anuais do 1,3-PDO aumentem em até 14,2% ao ano até 2027 (ZHU et al, 2021).…”

“…Por exemplo, a produção da enzima glicerol desidratase utilizada na conversão do glicerol em 3hidroxipropionaldeído, intermediário da produção de 1,3-PDO, só é possível em alguns microrganismos pela adição de vitamina B12 (PFLÜGL et al, 2012;AINALA et al, 2013;DE SANTANA et al, 2021). Outra especificidade da produção de 1,3-PDO por cultura pura vem do fato de que apesar de grande parte das espécies metabolizarem o glicerol por dismutação (LEE et al, 2015), os microrganismos do gênero Lactobacillus realizam a desidratação de glicerol a 3hidroxipropionaldeído e posteriormente o reduzem a 1,3-PDO, mas não possuem enzimas para desidrogenar o glicerol pela via oxidativa (ZHU et al, 2021). Portanto, estes microrganismos conseguem utilizar o glicerol como substrato para produção de 1,3-PDO mas não são capazes de retirar energia deste composto para crescimento celular (VIVEK; PANDEY; BINOD, 2016;DE SANTANA et al, 2021).…”