Wie wird Bernsteinsäure gewonnen?

Die biochemische Synthese von Bernsteinsäure basiert auf einem Fermentationsprozess, der den Krebs-Zyklus nutzt, ein wesentlicher zellulärer Mechanismus. Dieser Prozess verwendet verschiedene Mikroorganismen, darunter Actinobacillus succinogenes, Mannheimia succiniciproducens, sowie modifizierte Stämme von Escherichia coli, um Substrate in Bernsteinsäure umzuwandeln.

Die Produktion von Bernsteinsäure durch Fermentation wird durch mehrere Faktoren beeinflusst, wie zum Beispiel die Art des verwendeten Substrats und die Umweltbedingungen, einschließlich des pH-Werts und der Temperatur, die direkt die Produktionsausbeute beeinflussen. Bedeutende Fortschritte in der genetischen Modifikation von Mikroorganismen haben es ebenfalls ermöglicht, diese Ausbeuten signifikant zu erhöhen. Zum Beispiel, Corynebacterium glutamicum S071 hat eine Produktion von 152,2 g/L Bernsteinsäure unter optimierten anaeroben Bedingungen gezeigt.

Ein jüngster Fortschritt in der Biosynthese der Bernsteinsäure ist die Nutzung von Hefen, wie zum Beispiel Saccharomyces cerevisiae. Im Vergleich zu Bakterien zeigen Hefen eine bessere Toleranz gegenüber niedrigen pH-Werten, nutzen Transporter, um Bernsteinsäure aus den Zellen zu extrahieren und produzieren weniger unerwünschte Nebenprodukte. Darüber hinaus nutzen diese Hefen zelluläre Kompartimente, um die Produktion zu optimieren, insbesondere über den reduktiven Weg des Krebszyklus.

Die verschiedenen Stoffwechselwege, wie die reduzierenden Zweige des Krebs-Zyklus und der Glyoxylat-Zyklus, spielen eine grundlegende Rolle in der Biosynthese der Bernsteinsäure. Diese Wege werden durch Schlüsselenzyme vermittelt, insbesondere die Phosphoenolpyruvat-Carboxylase, die Pyruvat-Carboxylase und die Acetyl-CoA-Carboxylase. Die Optimierung dieser Prozesse, kombiniert mit der Auswahl neuer mikrobieller Stämme und der Reduzierung der Substratkosten, stellt einen vielversprechenden Ansatz für eine umweltfreundlichere Produktion von Bernsteinsäure dar, die in der Kosmetik verwendet werden kann.

Hier sind die Schlüsselpunkte zur Produktion von Bernsteinsäure zu beachten:

1. Vielfalt der Methoden: Bernsteinsäure kann entweder durch chemische Verfahren aus fossilen Ressourcen gewonnen werden oder durch mikrobielle Fermentationsmethoden.

2. Traditionelle chemische Verfahren: Obwohl die chemische Synthese gut etabliert ist, hat sie Umweltnachteile, insbesondere in Bezug auf fossile Ressourcen.

3. Biotechnologische Fortschritte: Die mikrobielle Fermentation, insbesondere durch die Verwendung von Hefen, erweist sich als eine nachhaltigere und umweltfreundlichere Lösung mit erhöhten Erträgen.

4. Optimierung der Stämme: Die aktuellen Forschungen konzentrieren sich auf die Verbesserung der mikrobiellen Stämme, um die Effizienz der Prozesse zu erhöhen und die Kosten zu senken.

5. Verminderter Umweltauswirkungen: Die Verwendung von erneuerbaren Substraten, wie Biomasse, trägt zu einer umweltfreundlicheren Produktion bei.