Регистрация / Вход
Прислать материал

Биотехнологическая конверсия растительного сырья в карбоновые, молочную и фумаровую, кислоты для их использования в синтезе биополимеров

Докладчик: Синицын Аркадий Пантелеймонович

Должность: Зав. лаб., профессор

Цель проекта:
Прикладной научной задачей исследований является реализация процесса биоконверсии непищевого растительного сырья в дикарбоновые кислоты. Цель проекта состоит в разработке технологических основ экологически безопасного и энергоэффективного процесса ферментативной конверсии растительного сырья в технические сахара и эффективного способа микробиологического получения карбоновых кислот, как полупродуктов для химического синтеза биополимеров., в том числе: - разработка ферментативного процесса конверсии некрахмального растительного сырья в технические сахара; - разработка эффективного способа микробиологического получения карбоновых кислот (молочной и фумаровой кислот) как полупродуктов для химического синтеза биополимеров; - масштабирование процесса переработки инулинсодержащего сырья в карбоновые кислоты.

Основные планируемые результаты проекта:
Основными результатами текущего проекта будут являться разработанные методические основы биоконверсии непищевого растительного сырья, которые будут состоять в поэтапной трансформации биополимеров растительного сырья в технические сахара, а затем в микробиологической конверсии простых сахаров в молочную и фумаровую кислоты.

Основные характеристики планируемых результатов сводятся к характеристике биокатализаторов двух процессов: 1) ферментные препараты для биодеградации растительных биополимеров в простые сахара и 2) штаммы микроорганизмов для конверсии сахаров в карбоновые (молочную и фумаровую) кислоты. Для первой группы катализаторов будут достигнуты следующие технологические показатели- общее содержание карбогидраз в секретируемой жидкости стабильных рекомбинантных штаммов не менее 90%, время культивирования штаммов не более 160 ч, для целлюлазных ферментных препаратов содержание целлюлаз не менее 50%, для инулиназных ферментных препаратов содержание инулиназ не менее 45%, получаемые ферментные препараты должны обеспечить не менее 35% конверсии полисахаридов исходного сырья в простые сахара в течение 24 ч процесса ферментативного гидролиза при загрузке [фермент]: [возобновляемая биомасса предобработанного растительного сырья] - не более [1:100] по массе. Для второй группы биокатализаторов: функционирование при рН 3,5-7,0, способность выдерживать накопление фумарата в концентрации до 80 г/л, способность выдерживать накопление лактата в концентрации до 60 г/л.
Рекомбинантные штаммы микромицетных грибов рода Penicillium будут обладать новизной как по составу секретируемых ферментных комплексов, так и по способу их получения.
Одной из основных задач Технологической Платформы БиоТех2030 является достижение конкурентоспособности продукции российского биотехнологического сектора на мировом рынке, разработка и создание новых технологий, продуктов и услуг. В рамках данной задачи тематика предлагаемого проекта полностью соответствует идее создания новых продуктов и технологий для целей рационального и устойчивого промышленного производства и энергообеспечения при снижении вредного воздействия на окружающую среду. В рамках предлагаемого проекта будет разработано и опробовано микробиологическое производство базовых блоков для органического синтеза –карбоновых кислот (фумаровой и молочной кислот) на основе гидролизатов возобновляемого инулинсодержащего сырья. Будут разработаны новые биотехнологические процессы, характеризующиеся энергоэффективностью и низким уровнем отрицательного воздействия на окружающую среду, что полностью отвечает научно-техническим задачам ТП БиоТех2030, в том числе ключевой задаче ТП, состоящей в создании в Российской Федерации современной Биоиндустрии, обеспечивающей вклад в ВВП, сопоставимый с ведущими экономиками мира (до 3 %).
Устойчиво развивающаяся российская химическая промышленность является одним из приоритетных сегментов для ТП БиоТех2030 и имеет все шансы стать одной из стартовых площадок широкого использования биотехнологий в нашей стране.
В связи с данными тенденциями, особую важность приобретают научно-исследовательские разработки, направленные на создание полупродуктов, используемых как мономеры для получения биопластиков. Разрабатываемая в проекте научно-техническая продукция полностью соответствует современным требованиям эффективности и экологичности современных технологий. Фумаровая и молочная кислоты являются востребованными базовыми блоками для получения биопластиков с новыми свойствами, которые будут произведены микробиологическим способом из возобновляемого инулосодержащего сырья путем последовательных или одновременных стадий осахаривания биомассы топинамбура новыми ферментными препаратами с улучшенными гидролитическими свойствами и микробиологического синтеза, проводимого иммобилизованными клетками гриба рода Rhizopus- продуцента фумаровой кислоты или бактериями рода Bacillus- продуцентов молочной кислоты.
Аналогичных работ, проводимых в Российской федерации не существует.



Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Коммерческий интерес к разработкам ПНИ очевиден со стороны стран, в которых приняты приоритетные направления развития, связанные с использованием возобновляемых источников сырья для получения коммерчески значимых продуктов, в том числе полупродуктов для химического синтеза.
Кроме того, коммерческий интерес к результатам ПНИ можно ожидать со стороны компаний, занимающихся производством кормов для животных и препаратов для сельского хозяйства (Novus International, Inc., США, "Daavision B.V.", Нидерланды, Nutriad, Бельгия), так как фумаровая кислота имеет свойства консерванта.
Также данная разработка может быть интересна производителям биоразлагаемых композиционных материалов: группа компаний Ренова (Россия), BASF The Chemical Company, Германия, Lamagrain, Франция, Natureworks, США, TyssenKrupp, Германия, Novamont, Италия, SPHERE, Франция, Plantic, Австралия, Innovia, США, непосредственно, Европейской ассоциации биопластиков «European Bioplastics».
Очевидным будет интерес и к результатам ПНИ со стороны организаций, занимающихся химическим синтезом, в частности, со стороны ОАО Татхиминвест-холдинга, ОАО СИБУР Холдинг, ООО "Пластик" , готовых осваивать новые биотехнологические процессы, тем более те, которые позволяют в ходе одного процесса получать комплекс коммерчески значимых продуктов.

Текущие результаты проекта:
На сегодняшний момент разработаны:
1) Лабораторная методика определения концентрации белка в ферментных препаратах.
2) Лабораторная методика определения состава сахаров в ферментативных гидролизатах непищевого растительного сырья.
3) Лабораторная методика селективного отбора продуктивного штамма-продуцента молочной кислоты.
4) Лабораторная методика определения инулиназной активности в ферментных препаратах.
5) Лабораторная методика селективного отбора продуктивного штамма-продуцента фумаровой кислоты.
6) Лабораторная методика получения фумаровой кислоты на основе простых сахаров.
7) Лабораторная методика получения молочной кислоты на основе простых сахаров.