1,3-Propanediol (1,3-PDO)

Production of 1,3-Propanediol (1,3-PDO)

  • 1,3-PDO is a C3 aliphatic diol which is a viscous and colorless liquid at room temperature. In the past, it was chemically synthesized from acrolein or ethylene oxide. Now it is produced by biological method only.
  • 1,3-PDO has application in such industries as cosmetics, textiles, solvents, automobiles, paints, etc. Global market is estimated >1 billion USD. Recently, bio-1,3-PDO is drawing much attention as cosmetic ingredient, in addition to its use as a monomer for the synthesis of PTT (poly trimethylene terephthalate), a co-polymer of 1,3-PDO and terephthalic anhydride .
  • In biological processes, glycerol or glucose are used as raw materials. DuPont and Genencor commercialized biological 1,3-PDO production about 10 years ago using recombinant Escherichia coli as biocatalyst and glucose as raw material. Several other microorganisms such as Klebsiella pneumoniae, Clostridium sp., yeasts have also been developed as biocatalysts.
  • DuPont’s E. coli cannot synthesize B12 and the addition of the expensive B12 in the culture medium is an important cost factor. In addition, E. coli is not fully satisfactory as production host if 1,3-PDO is to be used as cosmetic ingredient because E. coli is not in a GRAS (Generally Regarded As Safe) grade.
  • To address B12 issue, we have developed recombinant E. coli which can synthesize B12 or isolated novel strains which can naturally synthesize vitamin B12. In addition, we have developed GRAS strains as 1,3-PDO production host.
1,3-PDO 그림5
그림6
그림7-2

1,3-Propanediol (1,3-PDO) 생산

  • 선형 aliphatic diol로 무색의 점성을 가진 액체임. 과거에는 acrolein이나 ethylene oxide로부터 화학적으로 합성되었으나 현재는 포도당이나 글리세롤의 발효를 통해 생물학적으로만 생산되고 있음.
  • 1,3-PDO는 화장품, 섬유제품, 세탁 관련 제품, 자동차관련 소재, 도료 등 다양한 분야에 이용되고 있으며 세계 시장 규모는 8억불 수준으로 추정됨.
  • 생물학적 공정의 경우 글리세롤이나 포도당이 원료로 사용됨. 균주의 경우 대장균이나 Klebsiella pneumoniae, 효모 등이 사용되었고 특히 미국 DuPont과 Genencor 사는 균주로는 대장균, 원료로는 포도당을 이용하는 공정을 개발함으로써 화학공정을 완전히 대체하게 되었음. 바이오 1,3-PDO는 그 자체로 화장품 원료로 사용되고 있으며, Terephthalic anhydride와의 공중합을 통해 생산되는 PTT (poly trimethylene terephthalate)는 카펫, 의류 등의 중요한 원료물질이 되고 있음.
  • 본 연구실에서는 포도당 및 글리세롤을 원료로 1,3-PDO를 생산하는 미생물 촉매(microbial cell factory)와 공정을 개발하고 있음.
  • 대장균을 사용하는 경우 글리세롤 전환효소인 glycerol dehydratase의 cofactor로 사용되는 비타민 B12의 가격이 전체 공정의 경제성을 떨어뜨림. 본 연구실에서는 비타민 B12를 자체 생산할 수 있는 균주를 사용하여 1,3-PDO를 생산할 수 있는 효율적인 미생물 촉매를 개발하고 있음.
  • 또한 의약용이나 화장품, 식품 등의 용도와 화학 제품 생산 원료 용도 등 용도에 따라 서로 다른 균주와 공정을 개발하고 있음.