Софоролипид - Sophorolipid

А софоролипид представляет собой поверхностно-активное гликолипидное соединение, которое может быть синтезировано выбранным числом непатогенных дрожжи разновидность.[1] Они являются потенциальными био-поверхностно-активными веществами из-за их биоразлагаемости и низкой экотоксичности.

Структура и свойства

Софоролипиды - это гликолипиды, состоящие из хвоста гидрофобной жирной кислоты из 16 или 18 атомов углерода и гидрофильной углеводной головки. софороза, производный глюкозы дисахарид с необычной связью β-1,2 и может быть ацетилирован в 6'- и / или 6''-положениях. Одна терминальная или субконцевая гидроксилированная жирная кислота β-гликозидно связана с модулем софорозы. Карбоновый конец этой жирной кислоты является либо свободным (кислая или открытая форма), либо внутренне этерифицированным в 4 '' или, в некоторых редких случаях, в 6'- или 6 '' - положении (лактоновая форма).[2] На физико-химические и биологические свойства софоролипидов значительное влияние оказывает распределение лактона по сравнению с кислыми формами, образующимися в ферментативном бульоне. В целом, лактоновые софоролипиды более эффективны в снижении поверхностного натяжения и являются лучшими противомикробными агентами, тогда как кислые софоролипиды обладают лучшими пенообразующими свойствами. Ацетильные группы также могут снижать гидрофильность софоролипидов и усиливать их противовирусное и цитокиностимулирующее действие.[3]

Медоподобные вязкие маслянистые кислые софоролипиды, полученные твердофазным брожением (SSF) Starmerella Bombicola.[4]

Софоролипиды продуцируются различными непатогенными видами дрожжей, такими как Candida apicola, Rhodotorula bogoriensis,[5] Wickerhamiella Domercqiae,[6] и Starmerella bombicola.[7][8]Недавние исследования показали, что софоролипиды могут быть извлечены во время ферментации с использованием гравитационного сепаратора в петле с биореактором, что позволяет производить софоролипид> 770 г / л при производительности 4,24 г / л / ч, что является одним из самых высоких значений, наблюдаемых в процесс ферментации [9] Желательными свойствами биосурфактантов являются биоразлагаемость и низкая токсичность.[10][11] Софоролипиды производится несколькими дрожжами, принадлежащими Candida и Starmerella клады[12][13] и Рамнолипид произведено Синегнойная палочка[14] и Т. Д.

Помимо биоразлагаемости, низкой токсичности и высокого производственного потенциала, софоролипиды обладают высокой поверхностной и межфазной активностью. Сообщается, что софоролипиды снижают поверхностное натяжение (СТ) воды от 72 до 30-35 мН / м и межфазное натяжение (IT) вода / гексадекан от 40 до 1 мН / м.[15] В дополнение к этому сообщается, что софоролипиды действуют в широком диапазоне температур, давлений и ионной силы; и они также обладают рядом других полезных биологических активностей, включая противомикробные,[5] вирулицидный,[3] Противораковые, иммуномодулирующие свойства.[5]

Исследование

Подробный и всесторонний обзор литературы по различным аспектам производства софоролипидов (например, продуцирование микроорганизмов, биосинтетический путь, влияние компонентов среды и другие условия ферментации и последующий процесс софоролипидов доступен в опубликованной работе Van Bogaert et al.[5][16] В этой работе также обсуждается потенциальное применение софоролипидов (и их производных), а также потенциал генно-инженерных штаммов для увеличения выхода софоролипидов. Исследователи сосредоточились на оптимизации производства софоролипидов при глубокой ферментации.[17][18] но некоторые усилия также исследовали возможность производства софорололипидов с использованием твердофазной ферментации (SSF).[4] На производственный процесс могут существенно повлиять специфические свойства используемых углеродных и масляных субстратов; были исследованы несколько недорогих альтернатив более традиционным субстратам. Эти потенциальные субстраты включают: потоки побочных продуктов биодизеля,[19] отработанное масло для жарки,[20][21] отработанное масло ресторана,[22] остатки промышленных жирных кислот,[23] жир косточек манго,[24] и темное масло соевых бобов. Использование большинства этих субстратов привело к более низким выходам по сравнению с традиционными субстратами для ферментации.

Химические модификации софоролипидов и полисофоролипидов

Для улучшения свойств поверхностно-активных веществ природных софоролипидов активно используются методы химической модификации.[25] Недавно исследователи продемонстрировали возможность применения софоролипидов в качестве строительных блоков посредством метатезисной полимеризации с раскрытием кольца для нового типа полимеров, известных как полисофоролипиды, которые демонстрируют многообещающий потенциал в области применения биоматериалов.[26]

Рекомендации

  1. ^ Рибейро, Изабель; Кастро, Матильда; Рибейро, Мария (2013). «Софоролипиды». Применение микробной инженерии. С. 367–407. Дои:10.1201 / b15250-15. ISBN  978-1-4665-8577-5.
  2. ^ Давила, А.-М .; Marchal, R .; Вандекастил, Ж.-П., Производство липидов софорозы из липидных предшественников: Прогностическая оценка промышленных субстратов. Журнал промышленной микробиологии 1994, 13 (4), 249-257.
  3. ^ а б Shah, V .; Doncel, G.F .; Seyoum, T .; Eaton, K. M .; Заленская, И .; Hagver, R .; Азим, А .; Гросс Р., софоролипиды, микробные гликолипиды с античеловеческим вирусом иммунодефицита и активностью по иммобилизации сперматозоидов. Противомикробные агенты Chemother 2005, 49 (10), 4093-4100.
  4. ^ а б Парех, В. Дж .; Пандит А. Б. Твердотельная ферментация (SSF) для производства софоролипидов из Starmerella bombicola NRRL Y-17069 с использованием глюкозы, пшеничных отрубей и олеиновой кислоты. Текущие тенденции в биотехнологии и фармации 2012, 6 (4), 418-424.
  5. ^ а б c d Ван Богарт, И. Н. А .; Zhang, J .; Soetaert, W., Микробный синтез софоролипидов. Биохимия процессов 2011, 46 (4), 821-833
  6. ^ Chen, J .; Песня, X .; Zhang, H .; Qu, Y. B .; Miao, J. Y., Софоролипид, полученный из нового штамма дрожжей Wickerhamiella Domercqiae, индуцирует апоптоз в клетках рака печени человека H7402. Прикладная микробиология и биотехнология 2006, 72 (1), 52-59.
  7. ^ Kurtzman, C.P .; Цена, н. П .; Ray, K.J .; Куо, Т. М., Производство софоролипидных биосурфактантов множеством штаммов дрожжевой клады Starmerella (Candida) bombicola. FEMS Microbiol Lett 2010, 311 (2), 140-146.
  8. ^ Парех, В. Дж .; Пандит, А. Б., Оптимизация ферментативной продукции биосурфактанта софоролипидов с помощью starmerella bombicola NRRL Y-17069 с использованием методологии поверхности отклика. Международный журнал фармации и биологических наук 2011, 1 (3), 103-116
  9. ^ Б. Долман, К. Кайзерманн и др. Интегрированное производство софоролипидов и гравитационное разделение, Process Biochemistry 2017, 54, 162-171.
  10. ^ Deleu, M .; Пакот, М., От возобновляемых ресурсов овощей до микроорганизмов: новые тенденции в поверхностно-активных веществах. Comptes Rendus Chimie 2004, 7 (6–7), 641-646
  11. ^ Mohan, P.K .; Nakhla, G .; Янфул Э. К. Биокинетика биодеградации поверхностно-активных веществ в аэробных, аноксических и анаэробных условиях. Исследование водных ресурсов 2006, 40 (3), 533-540
  12. ^ Курцман С.П., Прайс Н.П., Рэй К.Дж., Куо Т.М. (октябрь 2010 г.). "Производство софоролипидных биосурфактантов несколькими видами дрожжевой клады Starmerella (Candida) bombicola". FEMS Microbiol. Латыш. 311 (2): 140–6. Дои:10.1111 / j.1574-6968.2010.02082.x. PMID  20738402.
  13. ^ Парех, В. Дж .; Пандит, А. Б. (2011). «Оптимизация ферментативного производства софоролипидного биосурфактанта с помощью starmerella bombicola NRRL Y-17069 с использованием методологии поверхности отклика». Международный журнал фармации и биологических наук. 1 (3): 103–116.
  14. ^ Ito S, Honda H, Tomita F, Suzuki T (декабрь 1971 г.). «Рамнолипиды, продуцируемые Pseudomonas aeruginosa, выращенные на н-парафине (смесь фракций C 12, C 13 и C 14)». J. Antibiot. 24 (12): 855–9. Дои:10.7164 / антибиотики.24.855. PMID  4334639.
  15. ^ Купер, Д.Г .; Паддок Д. А. Производство биосурфактанта из Torulopsis bombicola. Appl Environ Microbiol 1984, 47 (1), 173-176.
  16. ^ Ван Богерт I (2008) Микробный синтез софоролипидов дрожжами Candida bombicola. Докторская диссертация, Факультет инженерной биологии, Гентский университет, Гент, Бельгия, 239 стр.
  17. ^ Парех, В. Дж .; Пандит, А. Б., Оптимизация ферментативного производства софоролипидного биосурфактанта starmerella bombicola NRRL Y-17069 с использованием методологии поверхности отклика. Международный журнал фармации и биологических наук 2011, 1 (3), 103-116.
  18. ^ Rispoli, F.J .; Badia, D .; Шах В. Оптимизация ферментационных сред для производства софоролипидов из Candida bombicola ATCC 22214 с использованием симплекс-центроидной конструкции. Прогресс биотехнологии 2010, 26 (4), 938-944.
  19. ^ Ashby, R .; Nuñez, A .; Solaiman, D. Y .; Фоглиа Т. Биосинтез софоролипидов из потока побочного биодизельного топлива. Журнал Американского общества химиков-нефтяников 2005, 82 (9), 625-630.
  20. ^ Флёракерс, С. Дж. Дж., Об использовании отработанного масла для жарки в синтезе софоролипидов. Европейский журнал липидной науки и технологий, 2006 г., 108 (1), 5-12.
  21. ^ Wadekar, S .; Kale, S .; Лали, А .; Bhowmick, D .; Пратап, А., Производство софоролипидов с помощью starmerella bombicola (ATCC 22214) из первичных и отработанных масел для жарки, а также эффекты обработки отработанных масел активированной землей. JAOCS, Журнал Американского общества химиков-нефтяников, 2012, 89 (6), 1029-1039.
  22. ^ Shah, V .; Юрьевич, М .; Бадиа Д. Утилизация отработанного масла из ресторанов в качестве прекурсора для производства софоролипидов. Biotechnol Prog 2007, 23 (2), 512-515.
  23. ^ Ashby, R.D .; Solaiman, D.K .; Фолья, Т.А., Использование сложных эфиров жирных кислот для усиления синтеза софоролипидов свободных кислот. Biotechnol Lett 2006, 28 (4), 253-260.
  24. ^ Парех, В. Дж .; Патравале, В. Б .; Пандит, А. Б., Жир из косточек манго: новый источник липидов для ферментативного производства биосурфактанта софоролипидов с использованием Starmerella Bombicola NRRL-Y 17069. Annals of Biological Research 2012, 3 (4), 1798-1803.
  25. ^ http://www.prnewswire.com/news-releases/dsm-enters-into-agreement-with-synthezyme-llc-for-production-of-surfactants-243539671.html
  26. ^ Пэн, Ифэн; Муньос-Пинто, Дэни Дж .; Чен, Минтао; Декатур, Джон; Хан, Мэрайя; Гросс, Ричард А. (10 ноября 2014 г.). «Изменения структуры поли (софоролипидов): влияние на физические и биологические свойства биоматериалов». Биомакромолекулы. 15 (11): 4214–4227. Дои:10.1021 / bm501255j.