Sunresin-Anwendung der Adsorptions- und Trenntechnologie in der synthetischen Biologie

1. Was ist synthetische Biologie?

Die synthetische Biologie, bekannt als bedeutender Träger der „dritten biotechnologischen Revolution“, ist ein aufstrebendes interdisziplinäres Gebiet im 21. Jahrhundert. Sein Wesen besteht darin, Zellen für den Menschen arbeiten zu lassen und gewünschte Substanzen zu produzieren. Mit dieser Technologie können viele Produkte, die uns in unserem täglichen Leben begegnen, mit biologischen Methoden synthetisiert werden.

Die synthetische Biologie ist ein neues interdisziplinäres Gebiet, das sich hauptsächlich auf die Gestaltung, Konstruktion und Anwendung biologischer Systeme konzentriert. Es kombiniert Wissen und Methoden aus verschiedenen Bereichen wie Ingenieurwesen und Biologie mit dem Ziel, vorhandene biologische Mechanismen und Technologien in der Natur wie Biomoleküle und biologische Reaktionen zu nutzen. Durch die Gestaltung und Konstruktion biologischer Systeme sowie die Gestaltung kontrollierbarer Genregulationsnetzwerke wird eine systematische biologische Regulierung auf molekularer Ebene innerhalb von Zellen erreicht.

2. Großes Potenzial der synthetischen Biologie zur Erreichung der CO2-Neutralität

Die synthetische biologische Herstellung ist eine vielversprechende umweltfreundliche Produktionsmethode, und angesichts der globalen Erwärmung und des Vorschlags zur CO2-Neutralität in verschiedenen Ländern ist sie zweifellos zu einer der potenziell optimalen Lösungen geworden. Durch die synthetische biologische Herstellung können der Energie- und Materialverbrauch in industriellen Prozessen sowie die Abfallemissionen und die Luft-, Wasser- und Bodenverschmutzung verringert werden, während gleichzeitig die Produktionskosten erheblich gesenkt und die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie verbessert werden.

Im Kontext des globalen und nationalen Eintretens für „Kohlenstoffneutralität“ bietet die synthetische Biologie zweifellos eine sehr gute Lösung. Im Jahr 2014 veröffentlichte die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) einen Bericht mit dem Titel „Neue politische Fragen in der synthetischen Biologie“, in dem sie prognostizierte, dass 35 % der Chemikalien und anderen Industrieprodukte in Zukunft möglicherweise biologisch hergestellt werden könnten.

Die Adsorptions- und Trenntechnologie, an der Sunresin beteiligt ist, ist eine hocheffiziente Trenn- und Reinigungsplattformtechnologie mit hoher Umweltfreundlichkeit, hohem Automatisierungsgrad und guter Betriebsgenauigkeit. Als führendes globales Unternehmen in der Branche der Adsorptions- und Trenntechnologie denken wir aktiv darüber nach, wie wir unsere mehr als 20-jährige Forschungs- und Entwicklungserfahrung sowie unsere technologischen Vorteile im Bereich der Adsorption und Trennung mit dem nationalen Weg zur CO2-Neutralität integrieren können, um dazu beizutragen tragen zur Erreichung der Dual-Carbon-Ziele bei und tragen zur Optimierung und Modernisierung nachgelagerter Anwendungsprozesse bei.

3. Anwendung der Adsorptions- und Trenntechnologie in der synthetischen Biologie

Bei der Herstellung synthetischer Biologieprodukte werden die Rohstoffe durch mikrobielle Fermentation in das Zielprodukt umgewandelt und liegen in der Fermentationsbrühe vor. Der Schlüsselfaktor, der die Produktion und Anwendung von Produkten der synthetischen Biologie einschränkt, ist die Trennung und Reinigung des Zielprodukts.

Derzeit werden im Trenn- und Reinigungsprozess hauptsächlich Methoden wie isoelektrische Punktkristallisation, Ionenaustausch (Festbett) und Membrantrennung eingesetzt. Diese Methoden weisen jedoch Probleme auf, wie z. B. eine geringe Zielproduktausbeute, einen hohen Verbrauch chemischer Reagenzien, eine große Abwasserentsorgung und eine erhebliche Umweltverschmutzung.

Sunresin hat eine Reihe von Trennmaterialien für die Trennung und Reinigung von Fermentationsbrühen entwickelt und Anwendungsprozesse und Systemausrüstungen für verschiedene Anwendungsfälle entwickelt, um Kunden umfassende Lösungen zu bieten.

3.1 Entsalzung, Entfärbung und Enteiweißung:
Um die Leitfähigkeit auf das Zielniveau zu reduzieren, werden im Allgemeinen Ionenaustauscherharze verwendet, bei denen es sich um eine Kombination aus Kationen- und Anionenharzen handelt. Basierend auf den Eigenschaften des Materials, wie Säure- und Alkalistabilität und Harzretention, werden stark saure, schwach saure, stark basische und schwach basische Harze verwendet.

Zur Entfärbung werden im Allgemeinen stark basische Anionenaustauscherharze oder großporige Adsorptionsharze verwendet. Sie können auch einige Proteine ​​entfernen.

3.2 Adsorption von Produkt und Verunreinigungen:
Harze mit spezifischen funktionellen Gruppen können verwendet werden, um selektiv Zielsubstanzen und Verunreinigungen zu binden und so zu entfernen. Für die Adsorption werden im Allgemeinen großporige Adsorptionsharze und Ionenaustauscherharze verwendet, gefolgt von einer Lösungsmittel- oder Säure-Base-Analyse.

3.3 Chromatographische Trennung:
Zur Adsorption des Produkts und der Verunreinigungen werden Ionenaustauscherharze oder großporige Harze mit einer bestimmten Kapazität verwendet. Die Verunreinigungen werden durch Gradientenwäsche entfernt und das Produkt mit Lösungsmitteln oder Säure-Base-Lösungen mittlerer Konzentration analysiert. Das Harz wird mit Lösungsmitteln oder Säure-Base-Lösungen in hoher Konzentration regeneriert.

3.4 Chromatographische Trennung:

3.4.1 Kontinuierliche Chromatographie SSMB zur Entsalzung, Entfernung von Verunreinigungen, Entfärbung und Rückgewinnung der Mutterlauge;

3.4.2 Präparative Chromatographie bei mittlerem bis hohem Druck.

4. Anwendung von Butandisäure in der synthetischen Biologie 

Die nachgelagerte Anwendung von Butandisäure erfolgt hauptsächlich in der Synthese von PBS und BDO. Vor dem Hintergrund der „Dual-Carbon“-Politik wandeln sich biologisch abbaubare Kunststoffe hin zu biobasierten, abbaubaren Kunststoffen und eröffnen so einen künftigen, wachsenden Markt für biobasiertes PBS. Obwohl es bereits einen riesigen Markt für BDO gibt, entspricht die aktuelle Produktionsmethode nicht dem „Dual Carbon“-Konzept.

Aufgrund der nachgelagerten Nachfrage nach der Synthese von PBS und BDO besteht ein enormer potenzieller Bedarf an Butandisäure, insbesondere an Butandisäure, die durch synthetische Biologie hergestellt wird. Die traditionelle chemische Methode zur Herstellung von Butandisäure weist eine begrenzte Kapazitätserweiterung auf, und Methoden der synthetischen Biologie haben bereits Kostenvorteile gezeigt, was sie zu einem zukünftigen Entwicklungstrend macht. Butandisäure wird mittels synthetischer Biologie hergestellt, um den enormen Downstream-Bedarf der Zukunft zu decken.

Chemische Synthesemethode (I) von Butandisäure

Chemische Synthesemethode I: Elektrochemische Methode, eine Methode zur Synthese von Butandisäure durch elektrochemische Redoxreaktionen.

Der Hauptnachteil ist der hohe Energieverbrauch sowie Faktoren wie politische Beschränkungen, hohe Gerätekosten und komplexer Gerätebetrieb, die den Einsatz in der Groß- und Industrieproduktion einschränken.

Chemische Synthesemethode (II) von Butandisäure

Bei der Hydrierungsreaktion von Maleinsäureanhydrid handelt es sich um den Prozess der Herstellung von Butandisäure durch Hydrierung von cis-Butendisäureanhydrid mit Wasserstoff in Gegenwart eines Katalysators.

Diese Reaktion wird bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Wasserstoffdruck durchgeführt. Zu den wichtigsten limitierenden Faktoren, die die Entwicklung dieses Prozesses beeinflussen, gehören übermäßige Kohlenstoffemissionen, die Ausbeute an Reinheit und Ascheverunreinigungen sowie die Auswahl von Nickel- oder anderen Edelmetallkatalysatoren.

Synthetischer biologischer Prozess für Butandisäure

Der synthetische biologische Prozess von Butandisäure ist eine grüne und umweltfreundliche Produktionsmethode.

Der Prozess selbst ist nachhaltig und erneuerbar, indem er Mikrobenstämme für die Stoffwechseltechnik von Mikroorganismen wie Hefe und E. coli verwendet, die Umweltverschmutzung erheblich reduziert und eine bessere Lösung für eine nachhaltige Entwicklung bietet.

Im biologischen Syntheseprozess können die Stämme genetisch verändert und reguliert und durch künstliche Evolution in anaeroben Umgebungen sogar für ihre Leistung optimiert werden, um den optimalen Stamm für die Produktion der höchsten Ausbeute an Butandisäure auszuwählen. Dies führt zu einem Produkt mit höherer Reinheit und ohne chemische Verschmutzung.