Sunresin: aplicación de la tecnología de adsorción y separación en biología sintética

1. ¿Qué es la biología sintética?

La biología sintética, conocida como la importante portadora de la "tercera revolución biotecnológica", es un campo interdisciplinario emergente en el siglo XXI. Su esencia es hacer que las células trabajen para los humanos y produzcan las sustancias deseadas. Con esta tecnología, muchos productos que encontramos en nuestra vida diaria se pueden sintetizar mediante métodos biológicos.

La biología sintética es un nuevo campo interdisciplinario que se centra principalmente en el diseño, construcción y aplicación de sistemas biológicos. Combina conocimientos y métodos de diversos campos, como la ingeniería y la biología, con el objetivo de utilizar mecanismos y tecnologías biológicos existentes en la naturaleza, como biomoléculas y reacciones biológicas. Al diseñar y construir sistemas biológicos y diseñar redes reguladoras de genes controlables, logra una regulación biológica sistemática a nivel molecular dentro de las células.

2. Gran potencial de la biología sintética para lograr la neutralidad de carbono

La fabricación biológica sintética es un método de producción verde prometedor, y con el calentamiento global y la propuesta de neutralidad de carbono en varios países, sin duda se ha convertido en una de las potenciales soluciones óptimas. La fabricación biológica sintética puede reducir el consumo de energía y materiales en los procesos industriales, y reducir las emisiones de desechos y la contaminación del aire, el agua y el suelo, al tiempo que reduce significativamente los costos de producción y mejora la competitividad industrial.

En el contexto de la defensa global y nacional de la "neutralidad del carbono", la biología sintética sin duda proporciona una muy buena solución. En 2014, la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) publicó un informe "Nuevas cuestiones de política en biología sintética", en el que predice que el 35% de los productos químicos y otros productos industriales pueden implicar fabricación biológica en el futuro.

La tecnología de adsorción y separación en la que participa Sunresin es una tecnología de plataforma de separación y purificación altamente eficiente con un gran respeto al medio ambiente, alta automatización y buena precisión operativa. Como empresa líder mundial en la industria de tecnología de adsorción y separación, hemos estado considerando activamente cómo integrar nuestros más de 20 años de investigación y desarrollo acumulados y ventajas tecnológicas en el campo de la adsorción y separación con el camino nacional de neutralidad de carbono para contribuir a el logro de los objetivos de doble carbono y ayudar a optimizar y actualizar los procesos de aplicación posteriores.

3. Aplicación de la tecnología de adsorción y separación en biología sintética

Durante la producción de productos de biología sintética, las materias primas se transforman en el producto objetivo mediante fermentación microbiana y están presentes en el caldo de fermentación. El factor clave que restringe la producción y aplicación de productos de biología sintética es la separación y purificación del producto objetivo.

Actualmente, en el proceso de separación y purificación se utilizan principalmente métodos como la cristalización en punto isoeléctrico, el intercambio iónico (lecho fijo) y la separación por membranas. Sin embargo, estos métodos tienen problemas como un bajo rendimiento del producto objetivo, un alto consumo de reactivos químicos, una gran descarga de aguas residuales y una contaminación ambiental significativa.

Sunresin ha desarrollado una serie de materiales de separación para la separación y purificación de caldo de fermentación y ha desarrollado procesos de aplicación y equipos de sistemas para diferentes casos de uso, brindando a los clientes soluciones integrales.

3.1 Desalinización, decoloración y desproteinización:
Las resinas de intercambio iónico, que son una combinación de resinas catiónicas y aniónicas, se utilizan generalmente para reducir la conductividad al nivel objetivo. Se utilizan resinas de ácido fuerte, ácido débil, base fuerte y base débil según las propiedades del material, como la estabilidad ácida y alcalina y la retención de resina.

Para la decoloración generalmente se utilizan resinas de intercambio aniónico básicas fuertes o resinas de adsorción de poros grandes. También pueden eliminar algunas proteínas.

3.2 Adsorción de producto e impurezas:
Se pueden usar resinas con grupos funcionales específicos para unirse selectivamente a sustancias e impurezas objetivo para su eliminación. Para la adsorción se utilizan generalmente resinas de adsorción de poros grandes y resinas de intercambio iónico, seguidas de un análisis de disolvente o ácido-base.

3.3 Separación cromatográfica:
Se utilizan resinas de intercambio iónico o resinas de poro grande para adsorber el producto y las impurezas, con cierta capacidad. Las impurezas se eliminan mediante lavado en gradiente y el producto se analiza con disolventes o soluciones ácido-base a concentración media. La resina se regenera con disolventes o soluciones ácido-base a alta concentración.

3.4 Separación cromatográfica:

3.4.1 Cromatografía continua SSMB para desalinización, eliminación de impurezas, decoloración y recuperación de aguas madres;

3.4.2 Cromatografía preparativa de presión media-alta.

4. Aplicación del ácido butanodioico a la biología sintética 

La aplicación posterior del ácido butanodioico es principalmente en la síntesis de PBS y BDO. Con el trasfondo de la política de "carbono dual", los plásticos biodegradables están haciendo una transición hacia plásticos degradables de origen biológico, abriendo un futuro mercado incremental para el PBS de origen biológico. Aunque ya existe un enorme mercado para BDO, el método de producción actual no se alinea con el concepto de "doble carbono".

Impulsada por la demanda posterior de la síntesis de PBS y BDO, existe una enorme demanda potencial de ácido butanodioico, especialmente de ácido butanodioico producido mediante biología sintética. El método químico tradicional para producir ácido butanodioico tiene una expansión de capacidad limitada, y los métodos de biología sintética ya han demostrado ventajas de costos, lo que lo convierte en una tendencia de desarrollo futuro. El ácido butanodioico se producirá mediante biología sintética para satisfacer la enorme demanda posterior en el futuro.

Método de síntesis química (I) del ácido butanodioico

Método de Síntesis Química I: Método Electroquímico, un método de síntesis de ácido butanodioico mediante reacciones electroquímicas redox.

La principal desventaja es el alto consumo de energía, así como factores como las restricciones políticas, los altos costos de los equipos y el funcionamiento complejo de los equipos, que limitan su aplicación en la producción industrial y a gran escala.

Método de síntesis química (II) del ácido butanodioico

La reacción de hidrogenación del anhídrido maleico es el proceso de producir ácido butanodioico hidrogenando anhídrido cis-butenodioico con hidrógeno en presencia de un catalizador.

Esta reacción se lleva a cabo a una determinada temperatura y presión de hidrógeno. Los principales factores limitantes que afectan el desarrollo de este proceso incluyen las excesivas emisiones de carbono, el rendimiento de pureza y las impurezas de las cenizas, y la selección de catalizadores de níquel u otros metales preciosos.

Proceso biológico sintético para ácido butanodioico

El proceso biológico sintético del ácido butanodioico es un método de producción ecológico y respetuoso con el medio ambiente.

Al utilizar cepas microbianas para la ingeniería metabólica de microorganismos como la levadura y E. coli, el proceso en sí es sostenible y renovable, lo que reduce en gran medida la contaminación ambiental y proporciona una mejor solución para el desarrollo sostenible.

En el proceso de síntesis biológica, las cepas pueden modificarse y regularse genéticamente, e incluso optimizarse para su rendimiento mediante evolución artificial en ambientes anaeróbicos, para seleccionar la cepa óptima para producir el mayor rendimiento de ácido butanodioico. Esto da como resultado un producto con mayor pureza y sin contaminación química.