Sunresin - Aplicação da tecnologia de adsorção e separação em biologia sintética

1. O que é biologia sintética?

A biologia sintética, reconhecida como a principal impulsionadora da "terceira revolução biotecnológica", é um campo interdisciplinar emergente no século XXI. Sua essência é fazer com que as células trabalhem para o benefício humano e produzam as substâncias desejadas. Com essa tecnologia, muitos produtos que encontramos em nosso dia a dia podem ser sintetizados utilizando métodos biológicos.

A biologia sintética é um novo campo interdisciplinar que se concentra principalmente no projeto, construção e aplicação de sistemas biológicos. Ela combina conhecimentos e métodos de diversas áreas, como engenharia e biologia, visando utilizar mecanismos e tecnologias biológicas existentes na natureza, como biomoléculas e reações biológicas. Ao projetar e construir sistemas biológicos e ao desenvolver redes regulatórias de genes controláveis, ela alcança a regulação biológica sistemática em nível molecular dentro das células.

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

A manufatura biológica sintética é um método de produção verde promissor e, com o aquecimento global e a proposta de neutralidade de carbono em diversos países, tornou-se, sem dúvida, uma das soluções ideais em potencial. A manufatura biológica sintética pode reduzir o consumo de energia e materiais em processos industriais, bem como a emissão de resíduos e a poluição do ar, da água e do solo, além de reduzir significativamente os custos de produção e aumentar a competitividade industrial.

No contexto da defesa global e nacional da "neutralidade de carbono", a biologia sintética oferece, sem dúvida, uma excelente solução. Em 2014, a Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) publicou um relatório intitulado "Novas Questões Políticas em Biologia Sintética", prevendo que 35% dos produtos químicos e outros produtos industriais poderão envolver fabricação biológica no futuro.

A tecnologia de adsorção e separação na qual a Sunresin atua é uma plataforma de purificação e separação altamente eficiente, com forte respeito ao meio ambiente, alto grau de automação e boa precisão operacional. Como empresa líder global no setor de tecnologia de adsorção e separação, temos nos dedicado a integrar nossos mais de 20 anos de experiência em pesquisa e desenvolvimento e nossas vantagens tecnológicas na área de adsorção e separação com a estratégia nacional de neutralidade de carbono, contribuindo para o alcance das metas de dupla emissão de carbono e auxiliando na otimização e aprimoramento dos processos de aplicação subsequentes.

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 desejado por meio de fermentação microbiana e estão presentes no meio de fermentação. O principal fator que limita a produção e a aplicação de produtos de biologia sintética é a separação e purificação do produto desejado.

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

A Sunresin desenvolveu uma série de materiais de separação para a separação e purificação de caldo de fermentação, além de processos de aplicação e equipamentos de sistema para diferentes casos de uso, oferecendo 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 utilizadas para reduzir a condutividade ao nível desejado. Resinas de ácido forte, ácido fraco, base forte e base fraca são utilizadas com base nas propriedades do material, como estabilidade a ácidos e álcalis e retenção da resina.

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

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

3.3 Separação cromatográfica:
Resinas de troca iônica ou resinas de poros grandes são utilizadas para adsorver o produto e as impurezas, com determinada capacidade. As impurezas são removidas por lavagem em gradiente, e o produto é analisado com solventes ou soluções ácido-base em concentração média. 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 da solução-mãe;

3.4.2 Cromatografia preparativa de pressão média-alta.

4. Aplicação do Ácido Butanodioico em Biologia Sintética 

A principal aplicação do ácido butanodioico no processamento subsequente é a síntese de PBS e BDO. No contexto da política de "carbono duplo", os plásticos biodegradáveis ​​estão passando por uma transição para plásticos degradáveis ​​de base biológica, abrindo um futuro mercado incremental para o PBS de base biológica. Embora já exista um mercado considerável para o BDO, o método de produção atual não está alinhado com o conceito de "carbono duplo".

Impulsionada pela demanda subsequente pela síntese de PBS e BDO, existe um enorme potencial para o ácido butanodioico, especialmente para o ácido butanodioico produzido por meio de biologia sintética. O método químico tradicional de produção de ácido butanodioico apresenta capacidade de expansão limitada, e os métodos de biologia sintética já demonstraram vantagens de custo, tornando-se uma tendência de desenvolvimento futuro. O ácido butanodioico será produzido por meio de biologia sintética para atender à enorme demanda subsequente no futuro.

Método de síntese química (I) do ácido butanodioico

Método de Síntese Química I: Método Eletroquímico, um método de síntese do ácido butanodioico através de reações redox eletroquímicas.

A principal desvantagem é o elevado consumo de energia, bem como fatores como restrições políticas, custos elevados de equipamentos e operação complexa dos mesmos, o que limita sua aplicação na produção industrial e em larga escala.

Método de síntese química (II) do ácido butanodioico

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

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

Processo biológico sintético para o ácido butanodioico

O processo biológico sintético do ácido butanodioico é um método de produção ecológico e ambientalmente amigável.

Utilizando cepas microbianas para a 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 solução melhor para o desenvolvimento sustentável.

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