Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

FP7

INDOX Wynik w skrócie

Project ID: 613549
Źródło dofinansowania: FP7-KBBE
Kraj: Hiszpania

Powrót do natury i przyjazna środowisku produkcja

Finansowany przez UE projekt INDOX wniósł ważny wkład w rozwój zielonej chemii poprzez wykorzystanie technologii enzymów i procesów biokatalizy w produkcji przemysłowej.
Powrót do natury i przyjazna środowisku produkcja
Od dawna wiadomo, że przemysł chemiczny może korzystać z natury w postaci żywych komórek podczas produkcji przemysłowej przyjaznej środowisku. Ważny sektor przemysłu chemicznego, który korzysta z procesów utleniania i redukcji oraz enzymów oksydatywnych (oksydoreduktaz), znalazł się w centrum zainteresowania prac nad transformacjami syntetycznymi.

Jak dotąd przemysł chemiczny nie wykorzystał reakcji enzymatycznych utleniania z racji braku biokatalizatorów o wymaganej selektywności, dostępności i zgodności z trudnymi warunkami, w jakich przeprowadzane są procesy. W projekcie INDOX opracowano realistyczne scenariusze wykorzystania enzymów oksydatywnych w przemyśle, aby wykazać wydajność zoptymalizowanych biokatalizatorów w reakcjach docelowych. Nakreślono też możliwości zwiększania skali procesu, jego zrównoważenie i oszczędność w porównaniu z tradycyjnymi procesami przekształceń chemicznych.

Opracowanie scenariuszy potwierdzających słuszność przyjętej koncepcji

W projekcie INDOX badano możliwość wykorzystania oksydoreduktaz w konkretnych reakcjach prowadzonych w przemyśle chemicznym. Koordynator projektu, prof. Angel T. Martínez wyjaśnia: "Wybór reakcji utleniania jako głównego obszaru badań jest istotny, ponieważ pewne reakcje utleniania są trudne do przeprowadzenia nawet z wykorzystaniem nowoczesnych narzędzi syntezy. Wykorzystanie enzymów może nie tylko stanowić bardziej zrównoważoną metodę produkcji w przemyśle chemicznym, lecz może okazać się tańsze i bardziej selektywne".

W projekcie wybrano najbardziej obiecujące enzymy z grupy peroksydaz hemowych i peroksygenaz, oksydaz flawonowych i oksydoreduktaz miedziowych, kodowane przez genomy grzybów, a następnie zastosowano narzędzia inżynierii białek, wspomagane analizą obliczeniową, aby udoskonalić właściwości katalityczne i zwiększyć wydajność tych enzymów. Dodatkowo korzystano z wielu metod optymalizacji warunków reakcji i konfiguracji reaktora (w tym technik immobilizacji i nowych, enzymatycznych reakcji kaskadowych).

Jako przykład udanego wykorzystania tego podejścia Martínez podaje 100% konwersję uzyskanego z biomasy 5-hydroksymetylofurfuralu do kwasu 2,5-furanodikarboksylowego (FDCA) w sprytnej reakcji kaskadowej łączącej dwa enzymy oksydatywne. "FDCA stanowi jeden z 12 'związków platformowych' (wraz z kwasem bursztynowym i innymi kwasami organicznymi, 3-hydroksybutyrolaktonem oraz pochodnymi glicerolu, sorbitolu i ksylitolu) oraz może znaleźć zastosowanie w zrównoważonej produkcji wielu polimerów dużej objętości, np. poliestru i poliamidów. Obecnie stosowane technologie chemiczne wytwarzania FDCA mają niską selektywność, przez co uzyskuje się niechciane produkty uboczne oraz mniejszą wydajność produkcji polimeru. Ten problem będzie można rozwiązać dzięki naszej technologii enzymatycznej.

Jedną z nowych metod zastosowanych w projekcie INDOX było wykorzystanie oksydoreduktaz grzybów jako enzymów oksydatywnych. W odróżnieniu od innych typów enzymów badanych w kontekście takiego zastosowania są one słabo poznane przez społeczność naukową. Martínez stwierdził, że było to przyczyną wielu problemów podczas prób zaprezentowania ich wydajności w istotnych zastosowaniach przemysłowych, w tym wytwarzaniu chemikaliów sypkich lub dużych objętości chemikaliów specjalistycznych, zgodnie z głównym celem projektu INDOX.

Bardziej ekologiczna chemia

W projekcie INDOX uzyskano zestaw nowych biokatalizatorów oksydatywnych, które przetestowano laboratoryjnie, dowodząc słuszności przyjętej koncepcji na przykładzie szeregu reakcji docelowych, takich jak oksyfunkcjonalizacja związków alifatycznych i aromatycznych, sprzęganie fenoli i innych związków aromatycznych w celu uzyskania polimerów i barwników, odbarwianie barwników i modyfikacja oksydatywna ligniny.

Identyfikacja i wykorzystanie inżynieryjne swoistych enzymów pozwala uzyskać złożone molekuły wyspecjalizowanych związków chemicznych, co byłoby niemalże niemożliwe w procesie syntezy chemicznej. Jeśli dodatkowo zwiększy się wydajność produkcji (np. poprzez modyfikację niedrogich surowców w niskiej temperaturze, wydajność energetyczną i selektywność procesów), wykorzystanie enzymów stanie się głównym aspektem "zielonej chemii", umożliwiając opracowanie bardziej zrównoważonych procesów produkcji.

Uczestnicy projektu INDOX kontynuują pracę również po jego zakończeniu. Obecnie są one finansowane przez inicjatywę Bio-based Industries Joint Undertaking, będącą współpracą między sektorami publicznym i prywatnym, reprezentowanymi przez UE i Bio-based Industries Consortium, i działającą w ramach programu Horyzont 2020.

Słowa kluczowe

INDOX, biokatalizatory oksydatywne, enzymy, oksydoreduktazy, zielona chemia, przemysł produktów biologicznych
Numer rekordu: 190647 / Ostatnia aktualizacja: 2016-12-07
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę