Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 21

Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów „Czyste” technologie PowerPoint PPT Presentation


  • 105 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów „Czyste” technologie. Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów. Związki proste wytwarzane przez drobnoustroje. Biopolimery. Polisacharydy. Etanol Glicerol Aceton Butanol 1,3-propandiol Kwas mlekowy Kwas cytrynowy

Download Presentation

Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów „Czyste” technologie

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów

„Czyste” technologie


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów

Związki proste wytwarzane

przez drobnoustroje

Biopolimery

Polisacharydy

  • Etanol

  • Glicerol

  • Aceton

  • Butanol

  • 1,3-propandiol

  • Kwas mlekowy

  • Kwas cytrynowy

  • Kwas octowy

  • Kwas fumarowy

  • Akrylamid

  • biosurfaktanty

  • Kurdlan

  • Dekstran

  • Gellan

  • Pullan

  • Skleroglukan

  • Ksantan

Biodegradowalne tworzywa

plastyczne - polihydroksykwasy

R = H lub alkil (C1 do C9)


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Produkty metabolizmu beztlenowego różnych drobnoustrojów

R – reakcje prowadzące do regeneracji NADH.


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Przykłady chemikaliów otrzymywanych metodami fermentacyjnymi


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Wytwarzanie glicerolu

Synteza chemiczna: substrat - chlorek allilu; odpadowe produkty chlorowane

Biosynteza: S. cerevisiae, Bacillus subtilis, Dunaliella tertiolecta (halofilne glony)

  • 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.

Metaboliczne warunki „przekierowania” fermentacji

etanolowej w stronę wytwarzania glicerolu

z wykorzystaniem siarczanu(IV) sodu


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

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

Chemiczna metoda

wytwarzania acetonu

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


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Wytwarzanie acetonu i butanolu

  • 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


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

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


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Inne chemikalia

  • Kwas mlekowy. Zastosowanie – przemysł spożywczy, wytwarzanie lakierów, pokostów

  • Metoda chemiczna – utlenienie propenu.

  • Metoda fermentacyjna – Lactobacillus delbrueckii; źródła węgla – maltoza, laktoza

  • Kwas octowy. Zastosowanie – przemysł spożywczy, przemysł chemiczny.

  • Metoda chemiczna – utlenienie etanolu.

  • Metoda fermentacyjna – Gluconobacter, Acetobacter – otrzymywanie octu winnego

  • Kwas fumarowy. Zastosowanie – przemysł spożywczy, otrzymywanie poliestrów.

  • Metoda chemiczna – z benzenu.

  • Metoda fermentacyjna – Rhizopus spp., Candida spp. ze skrobi.

  • Akrylamid. Zastosowanie – polimery.

  • Metoda chemiczna – uwodnienie acretonitrylu na katalizatorze miedziowym.

  • Metoda biologiczna – biotransforamcja akrylonitrylu przez Pseudomonas spp.

  • (zawierają hydratazę nitrylową).

  • Optycznie czynne minokwasy – większość wyłącznie metodami fermentacyjnymi

  • Polimery biodegradowalne


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Tworzywa plastyczne wytwarzane przez drobnoustroje

Granule kwasu polihydroksymasłowego w komórkach Ralstonia eutropha


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Wzory strukturalne polihydroksykwasów wytwarzanych przez drobnoustroje


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Biosynteza PHB z glukozy

w Ralstonia eutropha

Regulacja biosyntezy i degradacji PHB

w Ralstonia eutropha


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Tworzywa plastyczne wytwarzane przez drobnoustroje

Skład polimerów polihydroksykwasów (PHA) wytwarzanych przez różne gatunki

bakterii z różnych źródeł węgla


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Właściwości fizyczne polihydroksyykwasów w porównaniu ze sztucznymi polimerami


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Wytwarzanie PHB przez różne drobnoustroje


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

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.


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Czyste technologie

Etapy przemysłowego procesu produkcyjnego z zaznaczeniem możliwości

zastosowania biotechnologii


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

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


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Czyste technologie

Zalety i wady procesów biotechnologicznych w porównaniu

z technologiami tradycyjnymi

Wady

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

  • konieczność wyodrębnienia

  • produktu z rozcieńczonego roztworu

  • niekiedy problemy z oddzieleniem

  • biokatalizatora od produktu

  • niebezpieczeństwo zainfekowania

  • środowiska reakcji

  • ograniczona trwałość biokatalizatorów


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Czyste technologie


Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikali w czyste technologie

Biotransformacje związków sterydowych

Progesteron

Rhizopus

nigricans

11-hydroksyprogesteron

Kortyzon i pochodne

Alternatywa – synteza chemiczna,

28 etapów


  • Login