21:05 2023-10-03
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Noua conductă produce acid organic valoros din plante - economisind bani și emisii
_ Noua conductă produce acid organic valoros din plante - economisind bani și emisii
Într-o descoperire pentru producția chimică ecologică, cercetătorii de la Centrul pentru Bioenergie Avansată și Inovare a Bioproduselor (CABBI) au dezvoltat o modalitate economică de a produce acid succinic, o substanță chimică industrială importantă, din trestia de zahăr.
Echipa de cercetători de la Universitatea din Illinois și Universitatea Princeton a creat o conductă eficientă din punct de vedere al costurilor, de la un capăt la altul, pentru acest acid organic valoros prin proiectarea unei drojdii dure, tolerante la acid ca agent de fermentare, evitând etapele costisitoare în procesarea în aval. Acidul succinic este un aditiv utilizat pe scară largă pentru alimente și băuturi și are aplicații diverse în produsele agricole și farmaceutice.
Această conductă poate fi folosită pentru a produce alți acizi organici importanți din punct de vedere industrial vizați de CABBI în activitatea sa de dezvoltare durabilă. biocombustibili și substanțe biochimice din culturi, a spus co-autorul Huimin Zhao, liderul temei de conversie al CABBI și profesor de inginerie chimică și biomoleculară (ChBE) la Illinois. Pentru a reduce dependența de combustibilii fosili, cercetătorii de la Conversion folosesc microbi pentru a transforma biomasa vegetală în substanțe chimice utilizate în produsele de zi cu zi ca alternativă la producția convențională pe bază de petrol.
„Acesta va servi drept model pentru toate celelalte. produse de inginerie metabolică din CABBI”, a spus Zhao, unul dintre câțiva cercetători principali CABBI ai proiectului.
Studiul este publicat în Nature Communications, iar munca se bazează pe ani de cercetare asupra producției de acid succinic de către Zhao și colegii săi folosesc Issatchenkia orientalis, o drojdie neconvențională ideală pentru a produce acizi organici.
I. orientalis are capacitatea unică de a se dezvolta în condiții de pH scăzut sau acide. Majoritatea organismelor necesită un mediu cu pH neutru pentru a supraviețui, inclusiv Saccharomyces cerevisiae, o drojdie mai convențională sau bacteria Escherichia coli. Ambele au fost folosite de companii și laboratoare pentru a produce acid succinic, dar s-au dovedit a fi prea costisitoare, așa că eforturile de extindere a producției au eșuat, a spus Zhao.
Aceste microorganisme necesită adăugarea unei baze pentru a neutraliza substanța toxică. condiții acide, astfel încât să poată continua să producă acid succinic. Dar acest lucru generează produse secundare, cum ar fi gipsul sau sulfatul de calciu, care trebuie separate la capătul conductei pentru a purifica produsul, crescând costurile de procesare în aval.
„Unul dintre blocajele din producția de acizi organici este costul de separare”, a spus Zhao. „Trebuie să adăugăm multă bază pentru a menține pH-ul aproape neutru, între 6 și 7.”
Cu I. orientalis, totuși, „organismul trăiește fericit la un pH de 3 până la 4”. deci aditivii nu sunt necesari, a spus Zhao. „În cele din urmă, asta reduce semnificativ costurile.”
Cercetătorii CABBI au făcut, de asemenea, o inginerie metabolică extinsă pentru a reconecta I. orientalis pentru a produce niveluri robuste de acid succinic – mai mari decât S. cerevisiae sau E. coli, el a spus. Folosind analiza fluxului metabolic din laboratorul lui Rabinowitz, ei au identificat pașii din metabolismul drojdiei care au limitat producția de acid succinic. Un obstacol cheie: nativul I. orientalis nu poate folosi zaharoza din trestia de zahăr. Așa că a fost adăugată o enzimă care ar putea descompune zaharoza din sucul de trestie de zahăr în glucoză și fructoză pentru a produce acid succinic. Au fost introduse alte gene pentru a produce în exces acid succinic.
Lucrând cu grupul lui Singh de la IBRL, echipa a extins apoi producția de acid succinic folosind echipamente relevante din punct de vedere industrial pentru a realiza o integrare de la capăt la capăt a procesului. Lucrările la scară pilot au arătat că noile tulpini ar putea produce până la 110 g/L de acid succinic și, după fermentarea în lot și procesarea în aval, un randament total de 64% - rezultate impresionante având semnificație comercială, a spus Singh.
Combinația dintre niveluri mai ridicate de producție prin inginerie genetică și costuri mai mici din eliminarea separării în aval face ca procesul să fie „foarte atractiv”, a spus Zhao. „De aceea conducta este atât de economică, cel puțin la această scară pilot.”
Pasul final a fost colaborarea cu Guest pentru a simula o conductă completă de producție de acid succinic cu pH scăzut, de la capăt la capăt, folosind platforma software open-source BioSTEAM dezvoltată de grupul său. Analiza tehno-economică (TEA) și evaluarea ciclului de viață au arătat că procesul a fost viabil din punct de vedere financiar și ar putea reduce emisiile de gaze cu efect de seră cu 34% până la 90% în comparație cu procesele de producție bazate pe combustibili fosili.
„Aceste progrese în domeniul ingineria metabolică ar putea avea beneficii pe scară largă, reducând simultan costurile și impactul asupra mediului în sprijinul unei bioeconomii circulare”, a spus Guest.
Procesul emite mai puțin dioxid de carbon (CO2) decât procesarea chimică convențională pe bază de petrol. . Plante precum trestia de zahăr absorb, de asemenea, carbon, iar CO2 poate fi folosit ca substrat pentru proces, reducându-și și mai mult amprenta de carbon.
„Este cu siguranță mai prietenos cu mediul. Aceasta este premisa pentru toate cercetările din CABBI: folosind resurse regenerabile pentru a produce substanțe chimice și combustibili”, a spus Zhao.
Cercetătorii planifică în curând studii suplimentare la scară pentru a sprijini comercializarea procesului de producție a acidului succinic.
De asemenea, lucrarea va fi un model pentru producerea altor produse CABBI folosind I. orientalis, inclusiv acid 3-hidroxipropionic (3-HP). Piața pentru 3-HP, folosită în componentele scutecelor de unică folosință și a materialelor de etanșare, depășește 1 miliard de dolari, iar cercetările până în prezent arată o promisiune imensă, a spus Zhao.
„Ne așteptăm ca I. orientalis să poată servi ca un industrial general. platformă pentru producerea unei game largi de acizi organici”, a spus Vinh Tran, autorul principal al lucrării și doctorat. student în ChBE.
Proiectul a implicat mai multe grupuri de laborator și contribuții din toate cele trei teme ale cercetării CABBI - folosind suc de trestie de zahăr de la echipa de cercetare pentru producția de materie primă, cercetare metabolică și facilități de bioprocesare de la echipa de conversie și analiză de mediu din partea echipei de sustenabilitate.
Co-autorii au inclus cercetătorii CABBI Sarang Bhagwat din CEE și Yihui Shen de la Departamentul de Chimie de la Princeton; Somesh Mishra de la ABE; Saman Shafaei, Shih-I Tan, Zia Fatma și Benjamin Crosly de la ChBE; și Jayne Allen din CEE.
Comentarii:
Adauga Comentariu