Servizio Comunitario di Informazione in materia di Ricerca e Sviluppo - CORDIS

FP7

INDOX Risultato in breve

Project ID: 613549
Finanziato nell'ambito di: FP7-KBBE
Paese: Spagna

Un ritorno alla natura per una produzione più verde

Il progetto INDOX, finanziato dall’UE, ha apportato un notevole contributo alla chimica verde, studiando la tecnologia enzimatica e i processi biocatalitici per la produzione manifatturiera.
Un ritorno alla natura per una produzione più verde
L’industria chimica si è resa conto da molto tempo della possibilità di considerare la natura sotto forma di cellule viventi, in vista di una produzione industriale più attenta alla natura. Un settore importante della chimica industriale che si affida a processi di ossidazione/riduzione e a enzimi ossidativi (ossidoriduttasi) riveste un interesse particolare per l’esecuzione di trasformazione di sintesi.

L’industria chimica non ha però ancora accolto pienamente le reazioni di ossidazione enzimatica, a causa della carenza di biocatalizzatori dotati delle indispensabili qualità di selettività, disponibilità e compatibilità con rigorose condizioni di processo. INDOX ha fornito i pertinenti scenari di enzimi ossidativi a livello industriale, per dimostrare l’efficacia di biocatalizzatori ottimizzati su reazioni mirate. Ha anche definito la scalabilità, la sostenibilità e l’efficienza dei costi dei processi, a confronto con i tradizionali processi di conversione chimica.

Sviluppare scenari di prova di concetto

INDOX ha analizzato le ossidoriduttasi in termini di applicazione a reazioni mirate d’interesse per l’industria chimica. Il coordinatore del progetto, il prof. Angel T. Martínez, spiega: “La scelta di concentrare l’attenzione su reazioni di ossidazione è importante, poiché alcune ossidazioni possono risultare di gestione particolarmente difficile, anche con i moderni strumenti di sintesi. Non soltanto gli enzimi potrebbero rappresentare un percorso più sostenibile per produrre sostanze chimiche industriali; potrebbero perfino essere in grado di offrire percorsi più efficienti in termini di costi e più selettivi per la relativa produzione”.

Il progetto ha selezionato gli enzimi candidati più promettenti, scegliendoli dai gruppi di eme-perossidasi/perossigenasi, flavo-ossidasi e rame-ossidoriduttasi da genomi fungini; ha poi utilizzato strumenti di ingegneria delle proteine, con l’ausilio di analisi computazionali, nell’intento di migliorarne le proprietà catalitiche e/o aumentarne la robustezza. Inoltre, sono stati adottati vari approcci per ottimizzare le condizioni di reazione e le configurazioni del reattore (comprese tecnologie di immobilizzazione e nuove reazioni a cascata enzimatica).

Martínez cita, quale esempio di esito positivo di tale approccio, il fatto che il 5-idrossimetilfurfurale derivato da biomassa è stato convertito in acido 2,5- furandicabossilico (FDCA), in una reazione a cascata intelligente con la combinazione di due enzimi ossidativi. “Il FDCA è stato identificato come una delle ‘12 sostanze chimiche di piattaforma’ (insieme ad acido succinico e altri acidi organici, 3-idrossibutirolattone, derivati da glicerolo, sorbitolo e xilitolo); può fungere come alternativa sostenibile per la produzione di una varietà di polimeri ad alto volume, ad esempio il poliestere e le poliammidi. L’attuale tecnologia chimica per la produzione di FDCA soffre di bassa selettività, con conseguenti sottoprodotti indesiderati, i quali riducono la resa della produzione di polimeri: si tratta di un problema superabile con la nostra tecnologia enzimatica”.

Tra i nuovi approcci di INDOX, gli enzimi ossidativi su cui operava erano costituiti da ossidoriduttasi fungine che, diversamente da altri tipi di enzimi studiati per tale scopo, sono relativamente una novità per la comunità scientifica. Martínez commenta: “Tale peculiarità ha determinato alcune strozzature nel tentativo di evidenziarne l’efficacia in applicazioni industriali rilevanti in relazione alla fabbricazione di sostanze chimiche sfuse e sostanze chimiche speciali di grande volume, la quale rappresentava l’obiettivo principale del progetto INDOX”.

Verso una chimica verde

INDOX ha costituito una raccolta di nuovi biocatalizzatori ossidativi che sono stati sottoposti a test di laboratorio, fornendo una prova di concetto per varie reazioni mirate, come l’ossifunzionalizzazione di composti alifatici e aromatici, per produrre polimeri e coloranti, la decolorazione di coloranti e la modificazione ossidativa di lignina.

L’ottenimento di molecole complesse per sostanze chimiche speciali tramite l’identificazione e l’ingegnerizzazione di specifici enzimi rappresenta un compito quasi impossibile per la sintesi chimica. Quando tale capacità si combina con un miglioramento dell’efficienza di produzione (ad esempio modificando materie prime a basso costo in processi selettivi, a bassa temperatura, efficienti sul piano energetico), l’impiego di enzimi diventa un ingrediente fondamentale della “chimica verde”, favorendo gli sforzi per aumentare la sostenibilità di processi produttivi. Le attività sono proseguite anche dopo INDOX. Ora i finanziamenti provengono dall’iniziativa Bio-based Industries Joint Undertaking, un partenariato pubblico-privato istituito tra l’UE e il Bio-based Industries Consortium, operante nell’ambito di Orizzonte 2020.

Keywords

INDOX, biocatalizzatori ossidativi, enzimi, ossidoriduttasi, Chimica verde, bioindustria
Numero di registrazione: 190647 / Ultimo aggiornamento: 2016-12-07