Sunresin-Aplicação de Tecnologia de Adsorção e Separação em Biologia Sintética

1. O que é biologia sintética

A biologia sintética, conhecida como portadora significativa da "terceira revolução biotecnológica", é um campo interdisciplinar emergente no século XXI. Sua essência é fazer com que as células funcionem para os humanos e produzam as substâncias desejadas. Com esta tecnologia, muitos produtos que encontramos no nosso dia a dia podem ser sintetizados através de métodos biológicos.

A biologia sintética é um novo campo interdisciplinar que se concentra principalmente no projeto, construção e aplicação de sistemas biológicos. Combina conhecimentos e métodos de diversas áreas, como engenharia e biologia, com o objetivo de utilizar mecanismos e tecnologias biológicas existentes na natureza, como biomoléculas e reações biológicas. Ao projetar e construir sistemas biológicos e projetar redes regulatórias genéticas controláveis, consegue-se uma regulação biológica sistemática em nível molecular dentro das células.

2. Grande potencial para a biologia sintética alcançar a neutralidade de carbono

A fabricação biológica sintética é um método de produção verde promissor e, com o aquecimento global e a proposta de neutralidade de carbono em vários países, tornou-se, sem dúvida, uma das potenciais soluções ótimas. A produção biológica sintética pode reduzir o consumo de energia e de materiais nos processos industriais e reduzir as emissões de resíduos e a poluição do ar, da água e do solo, ao mesmo tempo que reduz significativamente os custos de produção e aumenta a competitividade industrial.

No contexto da defesa global e nacional da “neutralidade carbónica”, a biologia sintética proporciona, sem dúvida, uma solução muito boa. Em 2014, a Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Económico (OCDE) divulgou um relatório "Novas Questões Políticas em Biologia Sintética", prevendo que 35% dos produtos químicos e outros produtos industriais poderão envolver a produção biológica no futuro.

A tecnologia de adsorção e separação na qual a Sunresin está envolvida é uma tecnologia de plataforma de separação e purificação altamente eficiente, com forte respeito ao meio ambiente, alta automação e boa precisão operacional. Como empresa líder global na indústria de tecnologia de adsorção e separação, temos considerado ativamente como integrar nossos mais de 20 anos de acumulação de pesquisa e desenvolvimento e vantagens tecnológicas no campo de adsorção e separação com o caminho nacional de neutralidade de carbono para contribuir para a consecução dos objetivos de duplo carbono e ajudar a otimizar e atualizar os processos de aplicação a jusante.

3. Aplicação da Tecnologia de Adsorção e Separação em Biologia Sintética

Durante a produção de produtos de biologia sintética, as matérias-primas são transformadas no produto alvo por meio da fermentação microbiana e estão presentes no caldo de fermentação. O principal fator que restringe a produção e aplicação de produtos de biologia sintética é a separação e purificação do produto alvo.

Atualmente, no processo de separação e purificação, são utilizados principalmente métodos como cristalização de ponto isoelétrico, troca iônica (leito fixo) e separação por membrana. No entanto, esses métodos apresentam problemas como baixo rendimento do produto alvo, alto consumo de reagentes químicos, grande descarga de águas residuais e poluição ambiental significativa.

A Sunresin desenvolveu uma série de materiais de separação para a separação e purificação do caldo de fermentação e desenvolveu processos de aplicação e equipamentos de sistema para diferentes casos de uso, fornecendo aos clientes soluções abrangentes.

3.1 Dessalinização, descoloração e desproteinização:
As resinas de troca iônica, que são uma combinação de resinas catiônicas e aniônicas, são geralmente usadas para reduzir a condutividade ao nível alvo. Resinas de ácido forte, ácido fraco, base forte e base fraca são usadas com base nas propriedades do material, como estabilidade ácida e alcalina e retenção de resina.

Resinas de troca aniônica básicas fortes ou resinas de adsorção de poros grandes são geralmente usadas para descoloração. Eles também podem remover algumas proteínas.

3.2 Adsorção de produto e impurezas:
Resinas com grupos funcionais específicos podem ser usadas para se ligarem seletivamente a substâncias alvo e impurezas para remoção. Resinas de adsorção de poros grandes e resinas de troca iônica são geralmente usadas para adsorção, seguida de análise de solvente ou ácido-base.

3.3 Separação cromatográfica:
Resinas de troca iônica ou resinas de poros grandes são utilizadas para adsorver o produto e impurezas, com certa capacidade. As impurezas são removidas por lavagem gradiente e o produto é analisado com solventes ou soluções ácido-base em média concentração. A resina é regenerada com solventes ou soluções ácido-base em alta concentração.

3.4 Separação cromatográfica:

3.4.1 Cromatografia contínua SSMB para dessalinização, remoção de impurezas, descoloração e recuperação de licor mãe;

3.4.2 Cromatografia preparativa de média-alta pressão.

4. Aplicação em Biologia Sintética de Ácido Butanodióico 

A aplicação a jusante do ácido butanodióico ocorre principalmente na síntese de PBS e BDO. Tendo como pano de fundo a política de “duplo carbono”, os plásticos biodegradáveis ​​estão a transitar para plásticos degradáveis ​​de base biológica, abrindo um futuro mercado incremental para PBS de base biológica. Embora já exista um enorme mercado para o BDO, o atual método de produção não se alinha com o conceito de “duplo carbono”.

Impulsionada pela procura a jusante para a síntese de PBS e BDO, existe uma enorme procura potencial de ácido butanodióico, especialmente de ácido butanodióico produzido através da biologia sintética. O método químico tradicional de produção de ácido butanodióico limitou a expansão da capacidade e os métodos de biologia sintética já demonstraram vantagens de custo, tornando-o uma tendência de desenvolvimento futuro. O ácido butanodióico será produzido através da biologia sintética para satisfazer a enorme procura a jusante no futuro.

Método de Síntese Química (I) de Ácido Butanodióico

Método de Síntese Química I: Método Eletroquímico, um método de síntese de ácido butanodióico por meio de reações redox eletroquímicas.

A principal desvantagem é o alto consumo de energia, além de fatores como restrições políticas, altos custos de equipamentos e operação complexa de equipamentos, que limitam sua aplicação na produção industrial e em larga escala.

Método de Síntese Química (II) de Ácido Butanodióico

A reação de hidrogenação do anidrido maleico é o processo de produção de ácido butanodióico pela hidrogenação do anidrido cis-butenodióico com hidrogênio na presença de um catalisador.

Esta reação é realizada a uma certa temperatura e pressão de hidrogênio. Os principais fatores limitantes que afetam o desenvolvimento deste processo incluem emissões excessivas de carbono, rendimento de pureza e impurezas de cinzas e a seleção de níquel ou outros catalisadores de metais preciosos.

Processo Biológico Sintético para Ácido Butanodióico

O processo biológico sintético do ácido butanodióico é um método de produção verde e ecologicamente correto.

Utilizando estirpes microbianas para engenharia metabólica de microrganismos como leveduras e E. coli, o processo em si é sustentável e renovável, reduzindo significativamente a poluição ambiental e proporcionando uma melhor solução para o desenvolvimento sustentável.

No processo de síntese biológica, as cepas podem ser geneticamente modificadas e reguladas, e até mesmo otimizadas para desempenho através da evolução artificial em ambientes anaeróbicos, para selecionar a cepa ideal para produzir o maior rendimento de ácido butanodióico. Isso resulta em um produto com maior pureza e sem poluição química.