Biotechnol ógia Aceton, butanol 2,3 butándiol

AB termelés • • EtOH után a 2. legfontosabb fermentációs termék – Pasteur (1861): mikrobiális butanol fermentáció – 1900- szintetikus gumigyártás alapanyaga

Clostridium acetobutylicum

– Weizmann vs. Fernbach (1910-) • I. világháború – UK: füstmentes lőporhoz aceton kellett – Churchill felkéri Weizmann-t ipari termelésre – Kukorica keményítőből, de UK-ban kevés volt – Termelés Kanadában , USA-ban

AB termelés • Háború után aceton igény csökkent • Autóipar fejlődik – Festék és lakkiparnak butanol kell – 1925: 100 tonna butanol/nap – 1930: világ első szabadalmi pere • Melléktermékek hasznosítása – Aceton, i-propanol, H 2 + CO 2 • Keményítő helyett melasz – Gazdaságosság megnőtt

AB termelés • II. Világháború: aceton igény ismét nőtt – Folyamatos fermentáció – Folyamatos desztilláció – Melasz alapanyag: USA – Szovjetúnió, Japán is termel oldószert • Háború után – Olajipar fejlődik, olcsó oldószert gyárt – Melaszt állati takarmányként dotálva hasznosítják – Weizmann: Izrael első államelnöke • Ma: ismét igény van a fermentációs iparra – Megújuló üzemanyag

AB termelés •

Clostridium acetobutylicum

– Gram + – Obligát anaerob – Spórát képez – Keményítő hidrolizátumon, melaszon jól nő • csicsóka, tejpermeátum, almalé, alga is jó táp – Butanol:Aceton:EtOH = 6:3:1 arányban – Frakcionált desztilláció • Szakaszos, folyamatos üzemmódban

AB biokémia •

C. acetobutylicum

– Szerves oldószerek • butanol, aceton • etanol, i-propanol – Szerves savak • ecetsav, tejsav • vajsav

AB biokémia: Embden-Meyerhof

Acetogenezis AB biokémia Szolventogenezis

AB szabályzás • Intracelluláris redox egyensúly szabályoz – Nehéz befolyásolni – pH kritikus • pH ≈ 6-7 → acetogenezis • pH ≤ 4 → bespórázik

AB szabályzás • Intracelluláris redox egyensúly szabályoz • Fe limitáció – Acetogenezis utat Fe hiány gátolja • Piruvát ferredoxin oxidoreduktáz (PFOR) • NADH ferredoxin oxidoreduktáz • [FeFe] hidrogenáz • Szubsztrát limitáció – Stacioner fázisban szerves savakat újra felhasználja → szolventogenezis

AB fejlesztés • GMO Clostridia – Cellulóz hasznosítás – Oldószer tolerancia • Immobilizáció – Oldószer tolerancia – Folyamatos fermentáció – Folyamatos oldószer kivonás • Melléktermék hasznosítás – Biomassza: B-vitaminok – H 2 , CO 2 : energia, vegyipar

AB hasznosítás • Oldószer, vegyipari alapanyag • Melléktermékek – Biomassza: B-vitaminok – H 2 , CO 2 : energia, vegyipar • Bioüzemanyag – Jobb, mint EtOH bekeverés

2,3 butándiol • XIX. század óta ismert fermentáció • II. világháború – Butadién – műgumi alapanyag – Kőolajból vegyipari szintézissel • Háború után – Verseny a kőolajiparral

2,3 butándiol • Optikai izomerek – Gyógyszeripari alapanyagok

2,3 butándiol biokémia • Kevert savas fermentáció – Butándiol mellett acetát, etanol, stb.

2,3 butándiol biokémia • Kevert savas fermentáció – Diacetil = vaj íze = mesterséges vaj

2,3 butándiol termeltetés •

Enterobacter cloaceae

– Fakultatív anaerob, Gram • Sok O 2 → sok ATP = biomassza termelés • Kevés O 2 → kevert termékek • DOT ≤ 0,3% 2,3-butándiol a fő termék

2,3 butándiol termeltetés • Acetát szint szabályoz – Több gátló, indukáló és aktiváló hatás – Nehezen kontrollálható

2,3 butándiol termeltetés •

Enterobacter cloaceae

2,3 butándiol termeltetés •

E. cloaceae

– Fakultatív anaerob • Sok O 2 → sok ATP = biomassza termelés • Kevés O 2 termékek → kevert • DOT ≤ 0,3% → 2,3 butándiol a fő termék

2,3 butándiol termeltetés • Alapanyag – Melasz, tejpermeátum, keményítő vagy cellulóz hidrolizátum – 30 – 37 °C – pH = 5,0 - 5,8 – mikroaerofil (!)

2,3 butándiol termeltetés • Kinyerés – Oldószeres extrakció • nehézkes, drága – Vákuum desztilláció (Fp = 180 °C) • drága, sok veszteség – Vízelvonással: metil-etil-keton (Fp = 80 °C) • műgumi alapanyag

2,3 butándiol hasznosítás • Üzemanyag adalékként – Környezetbarát, de vizet jól köt • Fűtőanyag • Vegyipar – Oldószer – Műgumi • metil-etil-keton → 1,3-butadién