Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów „Czyste” technologie.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów „Czyste” technologie."— Zapis prezentacji:

1

2 Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów „Czyste” technologie

3 Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów Związki proste wytwarzane przez drobnoustroje Etanol Glicerol Aceton Butanol 1,3-propandiol Kwas mlekowy Kwas cytrynowy Kwas octowy Kwas fumarowy Akrylamid biosurfaktanty Biopolimery Polisacharydy Kurdlan Dekstran Gellan Pullan Skleroglukan Ksantan Biodegradowalne tworzywa plastyczne - polihydroksykwasy R = H lub alkil (C 1 do C 9 )

4 R – reakcje prowadzące do regeneracji NADH. Produkty metabolizmu beztlenowego różnych drobnoustrojów

5 SubstancjaDrobnoustrójZastosowanie Kwas octowy Aceton Butanol Glicerol Izopropanol 1,3-propandiol Kwas fumarowy Kwas mlekowy Kwas cytrynowy Acetobacter spp. Clostridium acetobutylicum Saccharomyces cerevisiae Clostridium acetobutylicum Clostridium butyricum Rhizopus oryzae Lactobacillus spp. Aspergillus niger artykuły spożywcze, rozpuszczalnik, odczynnik rozpuszczalnik, odczynnik rozpuszczalnik, plastyfikator, kosmetyki, antifreeze rozpuszczalnik, tusze drukarskie, antifreeze tworzywa sztuczne, rozpuszczalnik, smar żywice poliestrowe tekstylia artykuły spożywcze, galwanizacja Przykłady chemikaliów otrzymywanych metodami fermentacyjnymi

6 Wytwarzanie glicerolu Synteza chemiczna: substrat - chlorek allilu; odpadowe produkty chlorowane Biosynteza: S. cerevisiae, Bacillus subtilis, Dunaliella tertiolecta (halofilne glony) Metaboliczne warunki „przekierowania” fermentacji etanolowej w stronę wytwarzania glicerolu z wykorzystaniem siarczanu(IV) sodu Strategie nadprodukcji glicerolu: dodatek siarczanu(IV) pH 7 – 8 stres osmotyczny W przypadku hodowli S. cerevisiae w obecności siarczanu(IV) osiąga się stężenia 3% glicerolu, 2% etanolu i 1% aldehydu octowego. W chwili obecnej ponad 90% glicerolu otrzymuje się fermentacyjnie.

7 Wytwarzanie acetonu i butanolu Aceton i butanol były jednymi z pierwszych produktów biotechnologicznych, dla wytwarzania których opracowano przemysłową technologię. Chaim Weizman opracował w 1914 warunki procesu z wykorzystaniem bakterii Clostridium acetobutylicum, ze skrobią lub melasą jako źródłem węgla. W 1930 Zastosowano Clostridium saccharobutylicum, które wykorzystując sacharozę wytwarzają jedynie aceton i butanol Kinetyka zmian pH i wytwarzania produktów metabolizmu podczas hodowli Clostridium acetobutylicum. Wydajność procesu: 30% substratu zostaje przekształcone w produkty. Stosunek molowy butanol: aceton: etanol – 6:3:1 Chemiczna metoda wytwarzania acetonu

8 Powody zarzucenia oryginalnej metody biotechnologicznej: - niezadowalająca wydajność; niemożliwość przekroczenia granicznych stężeń etanolu i butanolu toksycznych dla producenta - fagowrażliwość szczepów produkcyjnych - autoliza komórek w fazie stacjonarnej - wysoki koszt substratu i destylacji - petrochemiczna metoda wytwarzania acetonu okazała się tańsza Nowe perspektywy: -konstrukcja szczepów mogących wykorzystywać surowce odpadowe, w tym celulozę -wprowadzenie anaerobowej fermentacji odpadów z wytwarzaniem biogazu -prowadzenie fermentacji w 60  C z jednoczesnym usuwaniem produktów przez odparowanie -usuwanie produktów przez odwróconą osmozę, ekstrakcje membranową, odparowywanie membranowe Wytwarzanie acetonu i butanolu

9 Kwas cytrynowy Zastosowanie – przemysł spożywczy (głównie), przemysł farmaceutyczny Pierwotnie izolowany z soku cytrynowego. Obecnie 99% z fermentacji Aspergillus spp. Kolonie Aspergillus niger Schemat procesu wytwarzania kwasu cytrynowego metodą fermentacyjną

10 Inne chemikalia 1.Kwas mlekowy. Zastosowanie – przemysł spożywczy, wytwarzanie lakierów, pokostów Metoda chemiczna – utlenienie propenu. Metoda fermentacyjna – Lactobacillus delbrueckii; źródła węgla – maltoza, laktoza 2.Kwas octowy. Zastosowanie – przemysł spożywczy, przemysł chemiczny. Metoda chemiczna – utlenienie etanolu. Metoda fermentacyjna – Gluconobacter, Acetobacter – otrzymywanie octu winnego 3.Kwas fumarowy. Zastosowanie – przemysł spożywczy, otrzymywanie poliestrów. Metoda chemiczna – z benzenu. Metoda fermentacyjna – Rhizopus spp., Candida spp. ze skrobi. 4.Akrylamid. Zastosowanie – polimery. Metoda chemiczna – uwodnienie acretonitrylu na katalizatorze miedziowym. Metoda biologiczna – biotransforamcja akrylonitrylu przez Pseudomonas spp. (zawierają hydratazę nitrylową). 5.Optycznie czynne minokwasy – większość wyłącznie metodami fermentacyjnymi 6.Polimery biodegradowalne

11 Tworzywa plastyczne wytwarzane przez drobnoustroje Granule kwasu polihydroksymasłowego w komórkach Ralstonia eutropha

12 Wzory strukturalne polihydroksykwasów wytwarzanych przez drobnoustroje

13 Biosynteza PHB z glukozy w Ralstonia eutropha Regulacja biosyntezy i degradacji PHB w Ralstonia eutropha

14 Tworzywa plastyczne wytwarzane przez drobnoustroje Skład polimerów polihydroksykwasów (PHA) wytwarzanych przez różne gatunki bakterii z różnych źródeł węgla

15 PolimerTemperatura topnienia (  C) Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) Rozciągliwość (%) Poli(3-hydroksymaślan) Kopolimer P3HB + P3HV (20%) Kopolimer P3HB + P4HB (10%) Poli(4-hydroksymaślan) Kopolimer P3HH + P3HO Polipropylen Polistyren 175 – – – Właściwości fizyczne polihydroksyykwasów w porównaniu ze sztucznymi polimerami

16 DrobnoustrójŹródło węglaZawartość PHB (%)Produktywność (g/l/h) Ralstonia eutropha Alcaligenes latus Azotobacter chroococcum Protomonas extorquens Pseudomonas cepacia Rekobinantowe E. coli Rekombinantowa Klebsiella aerogenes Glukoza CO2 Sacharoza Skrobia Metanol Laktoza Glukoza Melasa ,42 1,55 3,97 0,01 0,88 0,02 2,08 0,75 Wytwarzanie PHB przez różne drobnoustroje

17 Znanych jest co najmniej 300 gatunków bakterii wytwarzających PHA. Fizjologiczna rola PHA – „magazyn” energetyczny w warunkach ograniczenia składników odżywczych. Niektóre gatunki bakterii wymagają wyraźnego sygnału w postaci braku składnika odżywczego dla zainicjowania biosyntezy PHA; Inne akumulują PHA w trakcie wzrostu. I grupa – np. Ralstonia eutropha. Hodowla 60 h w podłożu glukoza/sole w warunkach ograniczenia fosforanu. Osiąga się 45 – 80 % zawartości PHA w suchej masie. Dodając kwas propionowy do pożywki otrzymuje się kopolimer P(3HB + 3HV). Kopolimer P(3HB + 3HV) jest wytwarzany na skalę przemysłową przez firmę Zeneca I sprzedawany pod nazwą Biopol. Cena 3 $/kg. Możliwości obniżenia kosztów – tańsze źródła węgla. Inne możliwości: a/ rekombinowane komórki E. coli; b/ transgeniczne rośliny – Arabidopsis thaliana (akumulacja PHA w plastydach); rośliny oleiste – Brassica napus, bawełna, kukurydza.

18 Czyste technologie Etapy przemysłowego procesu produkcyjnego z zaznaczeniem możliwości zastosowania biotechnologii

19 Czyste technologie z zastosowaniem drobnoustrojów i enzymów w procesach przemysłowych. Odsiarczanie ropy naftowej i węgla. Usuwanie związków azotu z ropy Zastosowanie enzymów to produkcji proszków do prania Zastosowanie drobnoustrojów i enzymów do biotransformacji związków organicznych Zastosowanie drobnoustrojów i białek ekstremofilnych w przemyśle spożywczym Wykorzystanie enzymów proteolitycznych i hydrolaz polisacharydów w przemyśle tekstylnym, papierniczym i skórzanym

20 Czyste technologie Zalety i wady procesów biotechnologicznych w porównaniu z technologiami tradycyjnymi Zalety łagodne warunki specyficzność reakcji duża szybkość i efektywność zastosowanie surowców odnawialnych możliwość polepszenia parametrów dzięki zastosowaniu technik optymalizacji biokatalizatora możliwość zastosowania enzymów z organizmów ekstremofilnych Wady konieczność wyodrębnienia produktu z rozcieńczonego roztworu niekiedy problemy z oddzieleniem biokatalizatora od produktu niebezpieczeństwo zainfekowania środowiska reakcji ograniczona trwałość biokatalizatorów

21 Czyste technologie DziedzinaEnzym(y)Wykorzystanie Rolnictwo Środki czystości Przemysł skórzany Przemysł papierniczy Przemysł tekstylny Przemysł farmaceutyczny Oksydaza fenolowa Fitaza Proteazy, lipazy, amylazy Proteazy Lipazy Proteazy Amylazy Ksylanaza Celulaza Lakkaza Celulaza Lakkaza Amylaza Peroksydaza Rózne produkcja klejów uwalnianie fosforanów nieorg. z IP produkcja proszków do prania depilacja usuwanie tłuszczy usuwanie biofilmu usuwanie nadruku wybielanie pulpy usuwanie nadruków wybielanie pulpy Obróbka bawełny wybielanie usuwanie skrobi usuwanie nadmiaru barwnika biotrnanformacje

22 Progesteron Rhizopus nigricans 11  -hydroksyprogesteron Biotransformacje związków sterydowych Alternatywa – synteza chemiczna, 28 etapów Kortyzon i pochodne


Pobierz ppt "Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów „Czyste” technologie."

Podobne prezentacje


Reklamy Google