Sposób produkcji kwasu bursztynowego oraz pożywka bakteryjna do jego produkcji

Istota wynalazku

W dzisiejszym świecie nie wyobrażamy sobie życia bez szeregu otaczających nas na co dzień produktów przemysły chemicznego. Wystarczy tylko spojrzeć na szeroką paletę tworzyw sztucznych, z którymi mamy kontakt w domu, pracy czy w czasie podróżowania środkami transportu. Wszystkie te wspaniałe wytwory ludzkiej myśli mają wspólny mianownik. Tym co łączy większość powstających w tradycyjnym podejściu produktów chemicznych są surowce kopalne jako punkt wyjścia dla ich syntezy. Chemiczny charakter takich procesów wymaga często zastosowania w procesie wysokich temperatur i ciśnień. Wysokie zapotrzebowanie energetyczne oraz towarzyszące obróbce kopalin uwalnianie do atmosfery gazów cieplarnianych staje coraz częściej na przeszkodzie w spełnieniu coraz to wyższych norm emisyjnych. Jedną z dróg na rozwiązanie tego problemu może być produkcja potrzebnych chemikaliów z wykorzystaniem procesów biotechnologicznych w oparciu o surowce odnawialne. Surowce te mogą pochodzić bezpośrednio z produkcji rolnej jako dedykowane uprawy lub stanowić produkt uboczny bądź odpadowy w łańcuchu przetwórstwa płodów rolnych. Coraz większym zainteresowaniem jeśli chodzi o surowce w procesach biotechnologicznych na świecie cieszy się również glicerol. Ten istotny biotechnologicznie substrat produkowany jest w dużych ilościach w procesie wytwarzania biodiesla z olejów roślinnych (np. oleju rzepakowego). Dostępność rynkowa tego surowca oraz jego niewygórowana cena czynią zeń pożądany substrat dla wielu procesów biotechnologicznych. Wśród wspomnianych procesów cieszących się zainteresowaniem ze strony przemysłu chemicznego jest technologia mikrobiologicznej produkcji kwasu bursztynowego. Ten kwas dikarboksylowy został zaliczony w 2004 roku przez Amerykańską Agencję do Spraw Energii do grupy najbardziej pożądanych i perspektywicznych związków chemicznych. Ze względu na wszechstronność zastosowań traktowany jest on jako podstawowy budulec dla tzw. „zielonej chemii”. W chwili obecnej jednak tylko jedna z firm zajmujących się biotechnologiczną produkcją kwasu bursztynowego opiera się w swej technologii na wykorzystaniu glicerolu. Taki stan rzeczy wynika bowiem z faktu, że oprócz szeregu zalet gliceryny jako surowca dla procesów biotechnologicznych ma ona jedną zasadniczą wadę w użyciu w procesach fermentacji mikrobiologicznej. Tym mankamentem jest fakt, iż glicerol jest dla większości bakterii związkiem trudno metabolizowanym w warunkach braku obecności tzw. zewnętrznych akceptorów elektronów takich jak np. tlen, azotany czy kwas fumarowy. Zastosowanie tych akceptorów elektronowych powoduje jednak w większości przypadków drastyczne zmniejszenie ilości wyprodukowanego kwasu bursztynowego kosztem nadprodukcji chociażby kwasu octowego (użycie azotanów, proces tlenowy) albo nie ma większego sensu ze względów ekonomicznych (kwas fumarowy). Proponowane przez nas rozwiązanie pozwala ominąć ten największy mankament w procesie biotechnologicznej produkcji kwasu bursztynowego z wykorzystaniem gliceryny. Przeprowadzone w naszym laboratorium badania pokazały, iż dodatek laktozy (bądź zawierającego ją produktu ubocznego w przemyśle mleczarskim jakim jest serwatka) pozwala na odblokowanie zużycia glicerolu przez wyizolowane przez nas bakterie prowadząc do efektywnej produkcji kwasu bursztynowego. Poziom tej produkcji jest w chwili obecnej bardzo zbliżony do wyników uzyskiwanych przez czołowych producentów kwasu bursztynowego na świecie i pozwala z nadzieją patrzeć na dalszy rozwój zaproponowanej przez nas technologii.

Potencjał komercjalizacji

Ze względu na fakt, iż uzyskane przez zespół wyniki odnoszą się do badań w skali laboratoryjnej niezbędne byłoby przeprowadzenie dalszych prac pozwalających ocenić skuteczność proponowanego rozwiązania w skali pilotażowej i demonstracyjnej. Dojście do takiego etapu wymaga pozyskania partnera z branży chemicznej i wspólne starania na rzecz uruchomienia produkcji kwasu z wykorzystaniem surowców odnawialnych w zwiększonej skali. Realizacja tego celu mogłaby mieć miejsce z wykorzystaniem dofinansowania z instytucji państwowych celem zminimalizownia ryzyka ekonomicznego. Uzyskanie pozytywnych wyników w zwiększonej skali otworzyłoby drogę do przemysłowej produkcji kwasu bursztynowego z wykorzystaniem odpadowej gliceryny. Byłaby to szansa na wytwarzanie bioproduktu z bardzo szerokim spektrum zastosowań, wśród których można wymienić produkcję giętkiego, opornego na ciepło, a co najważniejsze w pełni biodegradowalnego tworzywa sztucznego jakim jest polibursztynian butylenu.