280 likes | 463 Views
De novo FERMENTÁCIÓK. S i + X Pj + (X+ X) mikroorganizmus n övényi sejttenyészet állati szövettenyészet. BIOTRANSZFORMÁCIÓK. S + X P + X sejt(alkot órész).
E N D
De novo FERMENTÁCIÓK Si + X Pj + (X+ X) mikroorganizmus növényi sejttenyészet állati szövettenyészet BIOTRANSZFORMÁCIÓK S + X P + X sejt(alkotórész) S + E P + E enzim ENZIMES ÉS MIKROBIÁLIS BIOKONVERZIÓK BIOTECHNOLÓGIAI ELJÁRÁSOK
ENZIMES ÉS MIKROBIÁLIS BIOKONVERZIÓK TULAJDONSÁGOK,JELLEMZŐK: l.enzimtulajdonságok is!! -SZUBSZTRÁTSPECIFITÁS -REAKCIÓ(csoport)SPECIFITÁS – adott r. mellékreakciók -RÉGIÓSPECIFITÁS – a S egy adott helyén -SZTEREOSPECIFITÁS - enantiomerek felismerése - megadott e. keletkezik KIROTECHNOLÓGIA –szerves kémikusok új eszköztára -ENYHE REAKCIÓKÖRÜLMÉNYEK – OC , P, pH REAKCIÓTÍPUSOK
ENZIMES ÉS MIKROBIÁLIS BIOKONVERZIÓK MIVEL TÖRTÉNIK? ENZIMEKKEL -OLDOTT, RÖGZÍTETT SEJTEKKEL - NÖVEKEDŐ SEJTEKKEL (fermentáció: AcOH, szorbóz, glükonsav)) -NYUGVÓ SEJTEKKEL (spórákkal) - RÖGZÍTETT sejtekkel - FÁZISRENDSZEREKBEN
Biológiai oxidációkban az O2 mint végső elektronakceptor működhet, vagy közvetlenül belép a szerves molekulába. Enzimek 3 csoportja (de lásd EC1.csoport:oxidoreduktázok) *oxidázok vagy elektrontranszferázok (például glükóz-oxidáz): OXIDÁCIÓ 1. 1.1.3 O22- H2O2 O2 + 2e- O22- *dioxigenázok vagy oxigéntranszferázok (például triptofán-pirroláz): 1.13 A + O2 AO2 *monooxigenázok vagy hidroxilázok (például szteroid hidroxilázok): AH + DH2 + O2 AOH + D + H2O 1.13 NADH , NADPH
BIM SB 2001 C H C H C O O H 2 N H 2 O 2 T r i p t o f á n p i r r o l á z ( ) C C H C O O H C H 2 N H O 2 N C H O H L-Triptofán dioxigenáz N-formil-kinurenin
BIM SB 2001 nem reagál közvetlenül, de... 1.1.1 *DEHIDROGENÁZOK koenzim szükséglet : NADH , NADPH FADH2
BIM SB 2001 OXIDÁCIÓ 2. Primer alkoholok oxidációja ADH -455 KJ/mol Acetobacter aceti CH3-CH2OH CH3-COOH + H2O O2 CO2+H2O Ipari ecetgyártás: Orleans-i eljárás (14.sz) generátor eljárás (gyorsecet, bükkfaforgács…) szubmerz eljárás O2 ellátás kritikus S és P szint is kritikus RÁTÁPLÁLÁS Acetobacter peroxydans J= 11,5 kg/m3h 1994: 19% AcOH, 2-3% EtOH fed batch
OXIDÁCIÓ 2. Szekunder alkoholok oxidációja. 10% glicerin 33 h alatt O2-nel dúsított levegővel G. melanogenus Szorbóz fermentáció, aszkorbinsav előállítás Bertrand szabály (1904) olyan szekunder hidroxil-csoportot képesek oxidálni, amelynek szomszédságában 2 cisz helyzetű alkoholos OHtalálható
OXIDÁCIÓ 3. Szorbóz fermentáció Technológiai kérdések: alapanyag: lebontott keményítő (glükóz) szörp mikrobák: A. xylinum, A.(G.) suboxydans hidrogénezés Raney-Ni----Ni-hez szoktatás!!! rátáplálásos eljárás 10-20% szorbit →33-35% szorbit 50% konverzió: > 95% folytonos technológiák is ! nyugvósejtes fermentációk is!
C H O H 2 C O H H C H O H 2 C C C C C C C O O O O O O O H H H H H H H H H H H H H H C O O C O H H C C C C C C C O O O O O O O H H H H H H H H H H H H H H O H C H C O H H C H O C O H H C H O H 2 C C O O H C O H C O O C C C C C C C O H C C C C C C C O O O O O H H H H H H H H H H H H C C O H H C O H H C O H H C H O H 2 C H O H 2 Aszkorbinsav előállítás OXIDÁCIÓ 4. Reichstein 1934 C H O H 2 Acetobacter suboxydans, C O H H katalitikus Acetobacter xylinum hidrogénezés (Ni) (szorbit-dehidrogenáz) C C C C C C C O O O O O O O H H H H H H H H H H H H H H O 170 C C O H H 200 bar O H C H NAD NADH H 2 2 C H O H 2 glükóz D-szorbit O 2 kémiai oxidáció kémiai átalakitás L-szorbóz H enolizáció H O 2 Aszkorbinsav 2-keto-L-gulonsav
BIM SB 2001 Aszkorbinsav előállítás OXIDÁCIÓ 5. Alternativ 2-keto- L-gulonsav előállítások
BIM SB 2001 OXIDÁCIÓ 5. Aszkorbinsav előállítás- összefoglalás K Aszkorbinsav 2-keto-gulonsav M M szorboszon L-gulonát K H H M Glükóz → szorbit → szorbóz 5-keto-glükonát M M M D-glükonát
100-120 et/év 80% Kína klasszikus mások: BASF/TAKEDA DSM MERCK de novo Fejlesztések:glu vagy gal C-vitamin rDNS S. cerevisiae De novo C-vitamin eá.: Rosa rugosa 1-2% glu,fru,gal
CH OH 2 O OH OH OH OH OH OH OH O HO Glükóz oxidációja:elektrokémiai, HOCl Redukáló cukrok oxidációja 1 A.niger CH OH glükóz-oxidáz 2 O FAD FADH 2 O H O kataláz 2 2 2 b- d D-glükóz glükono- -lakton O O C H OH C O C O H H H O C O H H 2 Acetobacter suboxydans C C C C C C C H H H H H H H H H H H H HO C C C C C C C HO H H H H H H H C O H H C O H H hidrolízis H C O H C O C H OH 2 C H OH 2 D-glükonsav 5-keto-D-glükonát A.suboxydans NAD+ NADH+H+ Bertrand szabály!
Redukáló cukrok oxidációja 1 Glükóz oxidációja:elektrokémiai, HOCl
Redukáló cukrok oxidációja 2 pH szabályozás: CaCO3 Félfolytonos fermentáció • lépés: ~7 pH, 37 OC • Lépés: 7 pH, 30 OC,CaCO3 adagolás Növekedés 30 OC termékképződés 36 OC hőfokprofil Felhasználás: páclé,sütőpor, fémfelület tisztítás Sav: kation-bevitel (Cu,Fe,Ca) E574-579 50% oldat, sav lakton E575
Kurrens Vogelbusch technológia: 1.MeOH-on kemosztát folytonos technológiával sejttömeg előállítás Acetobacter metanolicus 2. Biokonverzió nagy glu cc. mellett Vb-IZ reaktorban Létezik tisztított glükózoxidázos technológia is (ARGONNE,USA) különleges integrált rendszer: elektro-deionizálással semlegesítik a keletkező savat.
Glükózoxidáz (EC 1.1.3.4) felhasználása *A glükózoxidáz/katalázrendszer: glükóz eltávolítása tojásfehérjéből (sütőipar, szárítás előtt). Enzimkeveréket használnak (165 U kg-1) hozzáadott H2O2-dal (kb 0.1 % (w/w) biztosítják az elegendő molekuláris oxigént. *O2 eltávolítása palackozott és dobozolt italok, konzervek fejtérfogatából eliminálandó a nem enzimes barnulást ill. egyéb oxidációs folyamatokat. *Enzimelektród (l. előző ea.)
Aromások redukciója glükózoxidáz Glükóz glükonsav Benzokinon hidrokinon
BIM SB 2001 PRELOG-SZABÁLY EGYÉB OX/RED ÁTALAKULÁSOK Szulkatol Szulkaton Thermobacterium brockii lómáj koenzimregenerálás Prelog
Kinetikus reszolválás R S,R
BIM SB 2001 O OH EGYÉB OX/RED ÁTALAKULÁSOK KIROTECHNOLÓGIA Királis vegyület Prokirális vegyület R - C –R’ + NAD(P)H + H+→ R –CH - R’ + NAD(P)+ NH2 NH Alkohol Aminosav Keton, ketosav Imin, iminosav Enzimek: ADH LDH AsDH KOENZIM REGENERÁLÁS