Biotechnol

1
Biotechnológia

• Szerves savak citromsav, glükonsav, ecetsav
• Polihidroxi-alkánsavak

2
Citromsav

• Élelmiszeripar
• 1910-ig foleg citromból
• 30-40 t citrom ? 1 t citromsav 3 ha
• James Currie Aspergillus niger
• pH 2,5 ? 60 konverzió
• Feltételek
• Alacsony pH
• Alacsony Mn2
• Sok cukor
• Alacsony növekedési sebesség
• 1930- világ citromsav termelés 90-95 gombával
• A. niger, Penicillium glaucum

3
Citromsav Aspergillus niger

• Eukaryota
• Aerob glikolízis
• Citrát ciklus
• Fonalas gomba
• Fekete micélium
• Spóra
• Jól tárolható
• Tanninon szelektíven nevelheto

4
Citrát ciklus

• Cukorból acetil-CoA
• Acetil-CoA megy a ciklusba
• Szent-Györgyi - Krebs
• Nem keletkezik ATP, csak 2 CO2, 1 GTP és 8 e-

5
Citrát ciklus
6
Acetil-CoA

• Piruvát ? Acetil-CoA lépés irreverzibilis

7
Kapcsolódás a sejtlégzéshez
elektronok O2-t redukálnak proton gradienst hozva
létre
proton gradiensbol ATP
8 energiadús elektron a cukorból
8
Kapcsolódás a sejtlégzéshez

• Citrát kör oxidatív foszforiláció adja az
  eukarióta sejtek energiájának 95-át
• A két folyamat számára külön sejtszervecske
  alakult ki mitokondrium

9
Kapcsolódás a sejtlégzéshez
10
Citromsav biokémia

• Citrát ciklus csak a citromsavig megy el alacsony
  pH-n.

11
Citromsav termelés

• Fémhiányos környezetben
• Alacsony pH a fém mobilizálásnak kedvez
• Citromsav kelátorként fém felvételt segíti
• Termeléshez a cukrot felveszi, citromsavat
  kiválasztja, fém-citrátot felveszi

12
Citromsav termelés

• Általános feltételek
• Tápanyag
• Melasz
• Szukróz (glükóz-fruktóz diszacharid)
• Invertáz enzim monoszacharidokra bontja
• Keményíto hidrolizátum
• Maltóz (glükóz-glükóz diszacharid)
• Oxigén ellátás
• Felületi fermentáció agar tálcákon

13
Citromsav termelés

• Specifikus feltételek
• pH 2,5
• Fémion (Mn2) koncentráció alacsony
• Kelátorok
• Na2-EDTA
• K4Fe(CN)6 hexaciano ferrát
• Kétfázisú fermentáció
• Micelium tenyésztés
• Lassú szaporodás mellett biokonverzió

14
Citromsav termelés

• Szilárd fázison fermentáció

15
Citromsav termelés

• Agar lemezbe
• Melasz
• K-hexaciano-ferrát
• Puffer mentes
• Levego áramoltatás
• Vízgozzel telített

16
Citromsav termelés

• Spórából indul
• Kétfázisú fermentáció
• biomassza
• termék
• Termelés végén citromsav az agarban

17
Citromsav kinyerés

• Agarból vízzel kimossák
• Nagy térfogatban
• Citromsav minden vízoldékony
• Koncentrálás
• Ca(OH)2
• (Ca)3-citrát kicsapódik
• Szurés

18
Citromsav kinyerés

• (Ca)3-citrát oldás
• H2SO4 eros sav
• Citromsav CaSO4
• Ioncserélo kromatográfia
• Kristályosítás

19
Citromsav felhasználás

• Ma 700 000 tonna/év
• Élelmiszeripar
• tartósítószer
• üdito italok
• GRAS
• Kozmetikai ipar
• Kelátor
• Vízlágyító pl. Calgon
• fémtisztító
• Biopolimerek
• citrát-laktát polimerek
• Biofilterek
• pl. SO2 emisszió

20
Glükonsav

• Aspergillus niger
• Neutrális pH
• Fémion (Mn2) kell

21
Glükonsav biokémia

• Aspergillus niger
• Glükóz oxidáz
• Extracelluláris enzim
• FAD-ot tartalmaz
• Redox folyamat
• Kataláz
• Kapcsolt reakció
• H2O2 védekezésre jó
• Lignin degradáció

22
Glükonsav biokémia

• Aspergillus niger
• Glükóz oxidáz
• Extracelluláris enzim
• FAD-ot tartalmaz
• Redox folyamatok
• pH3 alatt inaktiválódik

23
Glükonsav termelés

• A. niger
• Általános feltételek
• sok cukor
• aerob
• 35-37 C
• alacsony P és/vagy S
• Specifikus feltételek
• pHgt 5
• min. 10 mM Mn2
• Extracelluláris reakció
• Termék az agarban

24
Glükonsav kinyerés

• Oldás vízben
• Ca(OH)2 kicsapás
• H2SO4 leszorítás
• Hagyományos tisztítás
• ld. Citromsav

25
Glükonsav felhasználás

• 60 000 tonna/év
• Tisztítószerek
• vízlágyítók
• Kelátoló szerek
• Nehézfém ionokat megköti
• Táp vagy élelmiszer adalék
• pl. tofu
• Bioszenzor
• Glükóz oxidáz

26
Ecetsav termelés

• Aerob Acetobacter sp.
• kevert ecetsav baktérium kultúra
• Alkohol oxidáció
• Alkohol dehidrogenáz
• Aldehid dehidrogenáz
• Oxigén limitált
• Immobilizálás pl. forgácson
• Biofilm nagy felület

27
Ecetsav termelés

• Szubsztát és termékgátlás
• 10-15 alkoholból 10-15 ecetsav
• 100 konverziós hatásfok
• bor vs. tömény italok
• Félfolyamatos vagy kétlépéses eljárások

28
Ecetsav hatásfok növelés

• Immobilizálás bezárással
• pl. alginát, karrageán, porózus kerámia
• Gradiensek térben

29
Ecetsav

• Anaerob Clostridium thermoaceticum
• glükóz ? ecetsav
• Savstressz ellen pH kontroll
• pH 7,0
• 20-25 acetát koncentráció
• Ipari célra

30
Ecetsav kinyerés

• Élelmiszeripar
• 10-15 ecet
• Vegyipar
• Kombinált eljárások

31
Ecetsav felhasználás

• 200 000 tonna/év
• Élelmiszeripar
• Legrégebben használt tartósítószer
• Specialitás kombucha
• Savanyított zöldségek

32
Ecetsav felhasználás

• Élelmiszeripar
• Legrégebben használt tartósítószer
• Specialitás rizsecet

33
Ecetsav felhasználás

• Vegyipar
• Ca-Mg-acetát zöld só
• -15 C-ig használható
• Talajbaktériumok lebontják
• Nem korrodeál

34
Polihidroxi-alkánsavak

• 3-OH-vajsav
• OH-alkánsavak
• Prokarióta tartalék tápanyag
• Metanogének és tejsav baktériumok nem termelik
• Ralstonia eutropha Cupridavidus necator
• aerob, könnyen tenyésztheto, toxint nem termel

35
Polihidroxi-alkánsavak
36
Polihidroxi-alkánsav bioszintézis

• PHA szintáz
• CoA-aktivált hidroxi-alkánsav
• Konzervált SH
• Láncnövekedés átészterezéssel
• Lánchossz fajtól függ
• Hidrofób polimer kicsapódik
• Ca-PHA granulum a sejtben

37
Polihidroxi-alkánsav bioszintézis
38
Polihidroxi-alkánsav indukció

• Táplálék felesleg
• Fontos elem limitáció
• P nukleinsav szintézis
• S fehérje szintézis
• Nem tud szaporodni
• Tartalék tápanyagot halmoz fel

39
Polihidroxi-alkánsav in vivo

• Tartalék tápanyag
• Ozmotikusan inert a sejtben
• Nem toxikus
• Intracellulárisan jól megorzodik
• Nitrogenázt védi 02 ellen

40
Polihidroxi-alkánsav granulum
41
Polihidroxi-alkánsav granulum

• Ca-só, vízben nem oldódik
• PHA
• PHA szintáz
• PHA depolimeráz
• Strukturális fehérjék

42
Polihidroxi-alkánsav tulajdonságok

• PHA
• termoplasztikus
• elasztoplasztikus
• vízben nem oldódik
• biokompatibilis
• biológiailag lebontható
• optikailag aktív
• piezoelektromos

43
Polihidroxi-alkánsav termeltetés

• R. eutropha Cupridavidus necator (Zeneca)
• Két fázisú fermentálás
• biomassza szaporítás
• P vagy S limitált növekedés és sok szénforrás
  mellett PHA termeltetés
• Kinyerés
• sejtfeltárás
• granulák elválasztása
• centrifugálás
• szurés
• szerves oldószerrel extrakció
• spray drying

44
Polihidroxi-alkánsav felhasználás

• Csomagolóanyag
• Flakon (Wella)
• Zacskó, tálca, folyadék
• Biológiailag lebomlik

45
Polihidroxi-alkánsav felhasználás

• Prosztetikum, sebész cérna
• Kapszula, bioretard anyagok
• Lipáz, eszteráz bontja

46
Polihidroxi-alkánsav felhasználás

• Prosztetikum, sebész cérna
• Kapszula, bioretard anyagok
• Lipáz, eszteráz bontja

47
Polihidroxi-alkánsav lebontás

• Depolimeráz
• Hidrolizáló enzim
• Más észter kötést bontó
• Eszteráz
• Lipáz
• Celluláz
• Glükanáz
• Nem specifikus enzimek
• bioremediáció

48
(No Transcript)