Aceton, butanol 2,3-butándiol Biotechnológia Aceton, butanol 2,3-butándiol

AB termelés EtOH után a 2. legfontosabb fermentációs termék Pasteur (1861): mikrobiális butanol fermentáció 1900- szintetikus gumigyártás alapanyaga Clostridium acetobutylicum (1910-) Weizmann vs. Fernbach I. világháború UK: füstmentes lőporhoz aceton kellett Churchill felkéri Weizmann-t ipari termelésre Kukorica keményítőből, de UK-ban kevés volt Termelés Kanadában , USA-ban

AB termelés Háború után aceton igény csökkent Autóipar fejlődik Festék és lakkiparnak butanol kell 1925: 100 tonna butanol/nap 1930: világ első szabadalmi pere Melléktermékek hasznosítása Aceton, i-propanol, H2 + CO2 Keményítő helyett melasz Gazdaságosság megnőtt

AB termelés II. Világháború: aceton igény ismét nőtt Háború után Folyamatos fermentáció Folyamatos desztilláció Melasz alapanyag: USA Szovjetúnió, Japán is termel oldószert Háború után Olajipar fejlődik, olcsó oldószert gyárt Melaszt állati takarmányként dotálva hasznosítják Weizmann: Izrael első államelnöke Ma: ismét igény van a fermentációs iparra Megújuló üzemanyag

AB termelés Clostridium acetobutylicum Gram + Obligát anaerob Spórát képez Keményítő hidrolizátumon, melaszon jól nő csicsóka, tejpermeátum, almalé, alga is jó táp Butanol:Aceton:EtOH = 6:3:1 arányban Frakcionált desztilláció Szakaszos, folyamatos üzemmódban

AB biokémia C. acetobutylicum Szerves oldószerek Szerves savak butanol, aceton etanol, i-propanol Szerves savak ecetsav, tejsav vajsav

AB biokémia: Embden-Meyerhof

AB biokémia Acetogenezis Szolventogenezis

AB szabályzás Intracelluláris redox egyensúly szabályoz Nehéz befolyásolni pH kritikus pH ≈ 6-7 → acetogenezis pH ≤ 4 → bespórázik

AB szabályzás Intracelluláris redox egyensúly szabályoz Fe limitáció Acetogenezis utat Fe hiány gátolja Piruvát ferredoxin oxidoreduktáz (PFOR) NADH ferredoxin oxidoreduktáz [FeFe] hidrogenáz Szubsztrát limitáció Stacioner fázisban szerves savakat újra felhasználja → szolventogenezis

AB fejlesztés GMO Clostridia Immobilizáció Melléktermék hasznosítás Cellulóz hasznosítás Oldószer tolerancia Immobilizáció Folyamatos fermentáció Folyamatos oldószer kivonás Melléktermék hasznosítás Biomassza: B-vitaminok H2, CO2: energia, vegyipar

AB hasznosítás Oldószer, vegyipari alapanyag Melléktermékek Biomassza: B-vitaminok H2, CO2: energia, vegyipar Bioüzemanyag Jobb, mint EtOH bekeverés

2,3-butándiol XIX. század óta ismert fermentáció II. világháború Butadién – műgumi alapanyag Kőolajból vegyipari szintézissel Háború után Verseny a kőolajiparral

2,3-butándiol Optikai izomerek Gyógyszeripari alapanyagok

2,3-butándiol biokémia Kevert savas fermentáció Butándiol mellett acetát, etanol, stb.

2,3-butándiol biokémia Kevert savas fermentáció Diacetil = vaj íze = mesterséges vaj

2,3-butándiol termeltetés Enterobacter cloaceae Fakultatív anaerob, Gram - Sok O2 → sok ATP = biomassza termelés Kevés O2 → kevert termékek DOT ≤ 0,3% 2,3-butándiol a fő termék

2,3-butándiol termeltetés Acetát szint szabályoz Több gátló, indukáló és aktiváló hatás Nehezen kontrollálható

2,3-butándiol termeltetés Enterobacter cloaceae

2,3-butándiol termeltetés E. cloaceae Fakultatív anaerob Sok O2 → sok ATP = biomassza termelés Kevés O2 → kevert termékek DOT ≤ 0,3% → 2,3-butándiol a fő termék

2,3-butándiol termeltetés Alapanyag Melasz, tejpermeátum, keményítő vagy cellulóz hidrolizátum 30 – 37 °C pH = 5,0 - 5,8 mikroaerofil (!)

2,3-butándiol termeltetés Kinyerés Oldószeres extrakció nehézkes, drága Vákuum desztilláció (Fp = 180 °C) drága, sok veszteség Vízelvonással: metil-etil-keton (Fp = 80 °C) műgumi alapanyag

2,3-butándiol hasznosítás Üzemanyag adalékként Környezetbarát, de vizet jól köt Fűtőanyag Vegyipar Oldószer Műgumi metil-etil-keton → 1,3-butadién