Регистрация / Вход
Прислать материал

Биосинтез мономеров для полимерной химии.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.434.11.3005
Продолжительность работ
2005 - 2006, 17 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Разработать биокаталитические системы на основе клеток микроорганизмов для биосинтеза мономеров, необходимых для химического синтеза полимеров.

Соисполнители

Этапы проекта

1
03.05.2005 - 31.08.2005
2
01.09.2005 - 09.12.2005
Объектом исследования являются штаммы микроорганизмов и их ферменты, которые используются в качестве катализаторов для получения акриловых мономеров и молочной кислоты.
Цель настоящего этапа состояла в анализе биокаталитических систем, включая выделение ферментов и изучение их характеристик у наиболее перспективных штаммов, а также разработка продуктивных форм биокатализаторов для синтеза акриловых мономеров и молочной кислоты.
Из большой коллекции штаммов, утилизирующих нитрилы, отобраны два бактериальных штамма - A. radioresistens M6 и R. rhodochrous М20, которые обладают значительным потенциалом для создания на их основе биокатализаторов для получения акриловых мономеров. Анализ нитрилгидролизующих ферментов, изолированных из этих штаммов, продемонстрировал уникальные свойства каталитических систем: фермента нитрилазы из A. radioresistens M6 и ферментной системы нитрилгидратазаамидаза из R. rhodochrous М20. Биокатализаторы, полученные на основе этих штаммов, способны эффективно продуцировать как отдельные виды мономеров- акрилат аммония и акриламид, так и смеси мономеров.
На основе клеток мицелиального гриба R. oryzae, включенных в криогель поливинилового спирта, получен биокатализатор для синтеза L(+)-молочной кислоты. Изучена кинетика синтеза молочной кислоты с его использованием в периодическом реакторе при различных концентрациях катализатора и субстрата в среде. Рассчитаны константы процесса и характеристики катализатора. Продуктивность гранул биокатализатора достигает 64 г(МК)/ч*кг катализатора. Полученный биокатализатор позволяет существенно улучшить характеристики известного микробиологического способа получения МК.
Развернуть
3
01.01.2006 - 30.06.2006
АННОТАЦИЯ
к отчету по государственному контракту
от «3»мая 2005 г. № 02.434.11.3005, шифр «Шифр ЖС-12.4/005»
за 1 полугодие 2006 года

Созданы испытательные стенды на основе термостатируемых реакторов с принуди-тельным перемешиванием и барбатажной системой аэрации (в случае получения молочной кислоты) и показана возможность масштабирования созданных технологий для биосинтеза мономеров. Проведены детальные исследования по оценке каталитических свойств биоката-лизаторов для получения акриловых мономеров и молочной кислоты, выявлены уникальные свойства созданных биокатализаторов и продемонстрирован высокий потенциал созданных биокатализаторов для промышленного использования.
Биокатализатор М20, разработанный на основе бактериальных клеток Rhodococcus rhodochrous, позволяет получить целую гамму продуктов: растворы одного мономера –акриламида или акрилата аммония или смеси мономеров акриламида и акрилата аммония в требуемых соотношениях в широком интервале значений от 1:99 до 99:1 (Акриламид:акрилат аммония), при этом он способен использовать в качестве субстрата и акрилонитрил и акри-ламид. Катализатор М20 имеет высокую продуктивность свыше 700 г продукта на г катали-затора.
Главными преимуществами биокатализатора на основе клеток гриба Rhizopus oryzae F-814, который используется для получения молочной кислоты, являются: высокая механи-ческая прочность, обусловленная иммобилизацией в криогель поливинилового спирта, ис-пользование различных субстратов для синтеза (глюкоза, кислотные гидролизаты крахмала и клейстеризованный крахмал), способность продуцировать комплекс амилолитических ферментов, что позволяет использовать крахмал без предварительной гидролитической об-работки субстрата.





Руководитель работ
д.б.н., проф. ___________________________ /А.С.Яненко/
Развернуть
4
01.07.2006 - 31.10.2006
Была разработана оригинальная технология получения в одном процессе смешанных растворов мономеров – акриламида и акрилата аммония с помощью нового биокатализатора М20. Биокатализатор М20, разработанный на основе бактериальных клеток Rhodococcus rhodochrous, позволяет получить целую гамму продуктов: растворы одного мономера –акриламида или акрилата аммония или смеси мономеров акриламида и акрилата аммония в требуемых соотношениях в широком интервале значений от 1:99 до 99:1 (Акриламид:акрилат аммония), при этом он способен использовать в качестве субстрата и акрилонитрил и акриламид. Катализатор М20 имеет высокую продуктивность свыше 700 г продукта на г катализатора. Биокатализатор М20 и способ получения раствором мономеров с помощью этого биокатализатора являются оригинальными изобретениями, на которые оформлена заявка на патент РФ (N 2006106496). Другой биокатализатор, полученный в ходе настоящей работы, создан на основе штамма Acinetobacter radioresistence М6. Он обладает уникально высокой термостабильностью и позволяет получать растворы одного мономера – акрилата аммония с концентрациями до 50-52%. В совокупности этих два катализатора позволяют получать весь спектр растворов акриламида, акрилата аммония и их смесей, которые обеспечивают получение полимеров с различной молекулярной массой вплоть до десятков млн. Разработанная биокаталитическая технология получения акриловых мономеров выгодно отличается от разработанных ранее традиционных химических способов - сернокислотного и каталитического, высокой степенью селективности и конверсии гидратации акрилонитрила, мягкими условиями проведения процесса, чистотой получаемого продукта, низкими энергетическими затратами, экологической безопасностью.
В результате широкого скрининга селектирован штамм мицелиального гриба R. oryzae -продуцент молочной кислоты и на его основе создан уникальный биокатализатор, содержащий мицелий гриба в геле поливинилового спирта. Новый БК способен продуцировать молочную кислоту таких субстратов как, глюкоза, кислотные гидролизаты крахмала и клейстеризованный крахмал. Максимальная концентрация молочной кислоты, полученная с использованием БК, составила 184г/л. Процесс получения молочной кислоты с помощью этого катализатора характеризуется рядом преимуществ перед существующим процессом на основе свободных клеток бактерий, а получаемая при этом преимущественно L(+)-форма молочной кислоты может быть успешно использована в качестве мономера для полимерной химии и, в частности, для синтеза биодеградируемых полимеров.
  На основании полученных результатов проведен оценочный анализ технико-экономических показателей разработанных биотехнологических процессов получения акриловых мономеров и молочной кислоты и получены доказательства перспективности и высокой конкурентоспособности созданных биокатализаторов и разработанных на их основе процессов.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.2 Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера
Тема
Биосинтез мономеров для полимерной химии
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка биосинтетических методов получения биополимеров и мономеров для полимерной химии.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 20 мес.
Бюджетные средства
36 млн
Количество заявок
6
Тема
Разработка методов синтеза нового поколения бифункциональных фторорганических соединений – исходных реагентов производства фторированных мономеров для термоагрессивостойких каучуков, а также прекурсоров, в том числе для модификации наноматериалов.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 14 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
2
Тема
Изучение новых морских природных соединений, выделение, структура, биосинтез и биологическая активность. Изучение ферментов из морских макро- и микроорганизмов. Изучение молекулярных основ иммунных процессов, в том числе антибактериального и антиопухолевого иммунитета.Изучение биологической активности и механизма действия природных и синтетических соединений. на установке: "Научно - исследовательское судно "Академик Опарин". (рег. № 2-1.7)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2,5 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка биокаталитических процессов как альтернативы органического синтеза
Продолжительность работ
2017 - 2019, 26 мес.
Бюджетные средства
46 млн
Количество заявок
0