Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

GLUKONİK ASİDİN ENZİMATİK SENTEZİ

No description
by

gulsah cavdar

on 10 January 2015

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of GLUKONİK ASİDİN ENZİMATİK SENTEZİ

GLUKONİK ASİTİN ENZİMATİK SENTEZİ


Glukonik Asit Nedir ?


Glukozdan türetilen,
Meyve, şarap, bal, sirkede bolca bulunan
Organik
Çok fonksiyonlu polihidroksikarboksilik asit

Glukonik Asit Tarihçesi
1870 yılına dayanır.
Hlasiwetz ve Habermann keşfetti.
1992'de Molliard
Aspergillus niger
'da glukonik asit tespit etti.
Pseudomonas, Gluconobacter, Acetobacter
mantarlarında bakteriyel
Glukoz oksidaz
Katalaz
Glukoz dehidrogenaz
Mikrobiyal Üretim
Karbon kaynağı glukoz
Substrat tarım, endüstriyel atıklar, hammadde hidrolizatları
Fermenter büyüme
Hava beslenir, pH ve sıcaklık kontrolü [Vroemen et al.,1999]
Glukonik Asit Kullanım Alanları
Gıda endüstrisi
Katkı maddesi
Yiyeceklerin asitle temizleme işlemi
Endüstride metal yüzeylerin temizlenmesi
Tekstil endüstrisi
Deterjanlar



Sonuçlar
Glukonik asit bitkilerde, gıda

Açık Kahverengi
Hafif ekşi tat
İnsan ve diğer organizmalarda doğal bulunan
Aşındırıcı etkisi olmayan
Kimyasal formül

Özellikleri

Anastassiadis, S., Kamzolova, S.V., Morgunov, I.G., Rehm, H.J., “The Effect of Iron on Gluconic Acid Production by Aureobasidium pullulans”, The Open Biotechnology, 2, 195-201, 2008.
Biyo parçalanabilir
Glukonik

Asit Üretim Prosesleri

Biyokimyasal
Elektrokimyasal kataliz
Enzimatik biyokataliz
Fermantasyon prosesi (Mikrobiyal üretim)



Anastassiadis, S., Kamzolova, S.V., Morgunov, I.G., Rehm, H.J., “The Effect of Iron on Gluconic Acid Production by Aureobasidium pullulans”, The Open Biotechnology, 2, 195-201, 2008.
Glukonik Asit formülü
Mikrobiyal Üretim
Enzimatik Üretim
Gluconobacter
Pseudomonas
Phytmonas
Aspergillus niger
Penicillium
Aerobasidium pullulans
Mikrobiyal üretim fungi ve bakterileri içerir.
En yaygın kullanılan
Aspergillus niger
mantarıdır.
Üretimin Avantaj ve Dezavantajları
Ortamda asit birikimi mantar büyümesi inhibe; düşük üretim
Nötralizasyon, pH kontrolü için çeşitli yöntemler
Pahalı besin maddelerine ihtiyaç
Yan ürünler, bunları kaldırmak ve saflaştırma adımları
Verim yüksek [Liu et al.,2003]
Liu, J.Z., Weng, L.P., Zhang, Q.L., Xu, H., Ji, L.N., “A mathematical model for gluconic acid fermentation by Aspergillus niger”, Biochemical Engineering Journal 14. 137-141, 2003.
Vroemen, A.J., Baroel, M.E., Beverini, M., “Enzymatic Production Of Gluconic Acid Or Its Salts”, US Patent 5,897,995, 1999.
Mayalar ile Glukonik Asit Üretimi
Aerobasidium pullulans
Oksijen, pH, sıcaklık ve ortam bileşimi,
hava satürasyonu kontrol
En uygun sıcaklık 29-31 °C, pH=6.5, verim %87
Ramachandran, S., Fontanille, P., Pandey, A., Larroche, C., “Gluconic Acid: Properties, Applications and Microbial Production”, Food Technology Biotechnology, 44(2), 185-195, 2006.
Farmasötik preparatlar
Kalsiyum, demir, tampon tuzlarının eksikliği mineral
takviyesi
Çimentoda katkı maddesi
Betonların donmaya ve çatlak oluşumuna direnci
Vroemen, A.J., Baroel, M.E., Beverini, M., “Enzymatic Production Of Gluconic Acid Or Its Salts”, US Patent 5,897,995, 1999.
Glukonik Asitin Ticari Üretimi
Antibiyotik ve aminoasitlerden sonra küresel pazarda
üçüncü büyük kategori
Endüstriyel alanda kullanılan yöntem fermantasyon
Hammadde glukoz
2014 ABD 3.000.000 ton/dolar, 370 tonu ithal etti
Sükrozdan üretimde Brezilya avantajlı, dünyada en
büyük şeker kamışı üreticisi
2014-2015 hasılatı 660 milyon ton
Sükroz 39800 ton/dolar düşük Pazar fiyatı

Mafra, A.C.O., Furlan, F.F., Badino, A.C., Tardioli, P.W., “Gluconic acid production from sucrose in an airlift reactor using a multi-enzyme system”, Bioprocess and Biosystems Engineering, 1306-2, 2014
Enzimatik glukoz oksidazla ticari üretim
Glukoz kalıntılarının uzaklaştırılması
Oksijenin uzaklaştırılması (şaraptan oksijen)

Şu anda ekonomik açıdan uygun, enzimatik glukonik
asit üretimi yok.
Nedeni :
Glukonik asit ve türevlerinin1 kg'ı 1,20-8,50 dolar
Her yıl 60000 ton üretilir
Kütlece %50’si piyasada teknik sıvı çözelti
Avrupa’da üreticiler: Fransa, İrlanda, Almanya, Japonya
Firmalar: Pfizer, Bristol Mayer Co., Premier Malt Ürünler

Ramachandran, S., Fontanille, P., Pandey, A., Larroche, C., “Gluconic Acid: Properties, Applications and Microbial Production”, Food Technology Biotechnology, 44(2), 185-195, 2006.
Gülşah Çavdar 110221023

Yrd. Doç. Dr. Nurcan Kapucu
Tarih 16.01.2015

Bakteriler ile Glukonik Asit Üretimi

Gluconobacter oxydans
Zorunlu aerob
Glikoz iki ayrı alternatif yol ile oksidize
Pentoz fosfat yolu oksidasyon fosforilasyonu
Doğrudan glikoz oksidasyonu

Ramachandran, S., Fontanille, P., Pandey, A., Larroche, C., “Gluconic Acid: Properties, Applications and
Microbial Production”, Food Technology Biotechnology, 44(2), 185-195, 2006.

Asetik asit
bakterisi aside toleranslı
Yüksek oranda glukonik asit oluşumu
Acetobacter methanolicus

Fakültatif metilotrofik mikroorganizma
Üretimde kataliz
Katalizlemeden sonra metabolik çıkmaz
Diğer bakterilerden farkı ucuz substrat
Ramachandran, S., Fontanille, P., Pandey, A., Larroche, C., “Gluconic Acid: Properties, Applications and Microbial Production”, Food Technology Biotechnology, 44(2), 185-195, 2006.
Enzimatik Üretim
Glukonik Asit Üretim Teknikleri
İmmobilizasyon (Tutuklama) Teknolojisi
Biyokütle destek üzerine tutuklanır
Enzim tutuklanmış kültürden izole edilir
Ekonomik
Kararlılığı yüksek biyokütlelerin tekrar kullanımı
Yüksek hücre yoğunluğu için cazip
Karbonhidratın organik asite hızlı dönüşümü
Katı Hal Üretim Fermantasyonu
Endüstriyel enzim, organik asit üretiminde yaygın
Roukas incir için katı hal fermantasyonu
Ürün osmotik basınç, su ve çözünmüş oksijen ile artar
Ramachandran, S., Fontanille, P., Pandey, A., Larroche, C., “Gluconic Acid: Properties, Applications and Microbial Production”, Food Technology Biotechnology, 44(2), 185-195, 2006.
Enzimler çözülebilir, tutuklanabilir
En çok
glukoz oksidaz-katalaz
kombinasyonu
Enzimlerin en az biri
Aspergillus niger
ya da
Penicillium
türlerinden elde
Hücrelerin yaşama-büyümesi için ilave enzim
Üretim türleri:
Dağınık tür
Alternatif modifiye tür
Klasik mutajen
Rekombinant DNA teknolojisi

Vroemen, A.J., Baroel, M.E., Beverini, M., “Enzymatic Production Of Gluconic Acid Or Its Salts”, US Patent 5,897,995, 1999.


Ürün oranları düzenlenir.

Enzim üretim seviyesi düzenlenir.

İstenmeyen yan ürünler azaltılır.

Kararlılık gelişir.

Enzim oksidasyon direnci artar.



Enzim Modifikasyonları ile;
Enzimatik Üretimin Avantaj ve Dezavantajları
Konvansiyonel proseslerden daha az zaman
Verim %100 civarında
Üretim sonunda yan ürün oluşmaz
Ortam koşulları ılımlı
Fermantasyona göre pahalı
Enzimler düşük kararlılıkta
Tutuklama ile üretim zaman alır
Nidetzky, B., Fürlinger, M., Gollhofer, D., Haug, I., Haltrich, D., Kulbe, K.D., “Simultaneous Enzymatic Synthesis
of Gluconic Acid and Sorbitol”, Applied Biochemistry and Biotechnology, 63-65, 1997.


Glukoz Oksidaz
Ve
Katalaz
İle Glukonik Asit Üretimi
Glukoz oksidaz
disülfit bağları ile bağlanmış iki glukoprotein zincirine sahiptir.
Her bir zincir demir iyonu ve FAD grubu içerir.

Glukoz, sükroz, nişasta üretimde kullanılır.

Büyük ölçekli üretimlerde uygun değildir.

Glukoz oksidaz
aktivitesini hızlı yitirir.
Pahalıdır.
Nidetzky, B., Fürlinger, M., Gollhofer, D., Haug, I., Haltrich, D., Kulbe, K.D., “Simultaneous Enzymatic Synthesis
of Gluconic Acid and Sorbitol”, Applied Biochemistry and Biotechnology, 63-65, 1997.
Martins, L.C., Vitolo, M., “Use of Glucose Oxidase in a Membrane Reactor for Gluconic Acid Production”, Applied Biochemistry and Biotechnology, 136-140, 2007.
Glukoz;
Glukoz oksidaz
ın katalitik etkisi ile, sulu bir çözelti içerisinde oksijen ile oksidasyon yoluyla glukonik
aside dönüştürülebilir.
Reaksiyonun başlıca ürünü hidrojen peroksit güçlü
redoks maddesidir.
Proses;
Glukoz oksidaz
ve katalizör üzerinde
katalaz
içeren, sulu solüsyonda glikozunda varlığında olur.
Bergmeyer, H.U., Jaworek, D., “Process For The Conversion Of Glucose Into Gluconic Acid”, US Patent 3,935,071, 1976.


Glukozun karışımdan uzaklaştırılması zordur.
Özellikle üretim için kullanılan fruktoz gibi şekerler
Glukoz oksidaz
varlığında oksidasyon yoluyla
glukozun, glukonik aside dönüşümü:
Çözünmüş
glukoz oksidaz
,
-Geniş ölçekteki üretimler için kullanılmaz
-Pahalı enzimlerdir
-Sadece tek bir reaksiyon için kullanılır.
Geniş ölçekli üretimlerde;
-Enzim proteininin daha sonra ayrılması gerekir.
Bergmeyer, H.U., Jaworek, D., “Process For The Conversion Of Glucose Into Gluconic Acid”, US Patent 3,935,071, 1976.
Bu zorluklar çözünmeyen bir taşıyıcıya bağlı
Glukoz oksidaz
kullanılarak aşılabilir.

Ancak pratikte bu durum gerçekleşemez.
Çünkü taşıyıcıya bağlı
glukoz oksidaz
kolayca ayrılır.
Kısa zamanda inaktive olur.

Oluşan hidrojen peroksit reaksiyonun
inaktivasyonundan kısmen sorumludur.
Bu zorluğun üstesinden gelmek için toplu reaksiyona
katalaz
enzimi ilave edilmiştir.
Bergmeyer, H.U., Jaworek, D., “Process For The Conversion Of Glucose Into Gluconic Acid”, US Patent 3,935,071, 1976.
Peroksitin katalaz ile su ve oksijene parçalanması:
Katalaz
varlığında,
glukoz oksidaz
ın inaktivasyonu önlenemez
Katalaz
bağlayıcı taşıyıcı ile
glukoz oksidaz
bağlayıcı karışım

Enzimatik üretimde
Glukoz konsantrasyonu en az %10
Sıcaklık en fazla 10 °C
%50 den fazla üretim
Bergmeyer, H.U., Jaworek, D., “Process For The Conversion Of Glucose Into Gluconic Acid”, US Patent 3,935,071, 1976.
Düşük glukoz konsantrasyonları sorundur.
Çıkan üründe hacim başına verimlilik düşüktür.
Seyreltik çözeltiden fazla suyun çıkartılması
enerji gereklidir.

Düşük sıcaklıklar da büyük endüstriyel üretimler
için uygun değildir.
Egzotermik görünümdedir ve büyük soğutma
kapasitesi gerektirir.

Bergmeyer, H.U., Jaworek, D., “Process For The Conversion Of Glucose Into Gluconic Acid”, US Patent 3,935,071, 1976.
Glukonolaktonun, glukonik aside dönüştürülmesi;
-Enzim
glukonolaktonaz
tarafından katalize olabilir.
-Kendiliğinden de oluşabilir.
Bergmeyer, H.U., Jaworek, D., “Process For The Conversion Of Glucose Into Gluconic Acid”, US Patent 3,935,071, 1976.
İpliksi Mantarlar ile Glukonik Asit Üretimi
Reaksiyon ipliksi mantarların
glikoz oksidaz

enzimleri tarafından katalizlenmesidir.

Enzim;
pH=5.5 civarında
Yükseltilmiş oksijen seviyesinde
Ortamda yüksek glukoz seviyesinde indüklenir.
pH=4-6 civarında 40 °C’de, 2 saat stabildir.
50 °C üzerinde stabil değildir.



Ramachandran, S., Fontanille, P., Pandey, A., Larroche, C., “Gluconic Acid: Properties, Applications and Microbial Production”, Food Technology Biotechnology, 44(2), 185-195, 2006.
Aspergillus niger

tarafından glukoz oksidasyonu
Glukoz Dehidrogenaz
İle Glukonik Asit Üretimi
Karmaşık metabolik yollar olmadan
Kontrol parametreleri
Oksijen
pH
Sıcaklık
Ortam komposizyonu
Üretim aşamasında Hidrojen peroksit oluşumu olmadan glukonolakton dönüştürülür.



Anastassiadis, S., Kamzolova, S.V., Morgunov, I.G., Rehm, H.J., “The Effect of Iron on Gluconic Acid Production by Aureobasidium pullulans”, The Open Biotechnology, 2, 195-201, 2008.
Vroemen, A.J., Baroel, M.E., Beverini, M., “Enzymatic Production Of Gluconic Acid Or Its Salts”, US Patent 5,897,995, 1999.
Glukonik Asitin Üretimine
Etki Eden Parametreler
Ortamda bulunan glukoz miktarı
Katalaz
ve
glukoz oksidaz
ın oranı
Kesikli, beslemeli kesikli,sürekli proses türleri
Verilen hava miktarı, kaynağı
Karıştırma cihazı
Sıcaklık
pH
Çözünmüş oksijen konsantrasyonu,
Performans için eklenen koruyucu maddeler



Ramachandran, S., Fontanille, P., Pandey, A., Larroche, C., “Gluconic Acid: Properties, Applications and Microbial Production”, Food Technology Biotechnology, 44(2), 185-195, 2006.
Vroemen, A.J., Baroel, M.E., Beverini, M., “Enzymatic Production Of Gluconic Acid Or Its Salts”, US Patent 5,897,995, 1999.
Üretim Sonunda Ortamdan Glukonik Asitin Ayrılması
Glukonik asit ile
glukoz oksidaz
ın ayrılması önemli
bir aşamadır.
Amaç;
-İnaktive olup, geri dönüşümsüz olmadan
glukoz
oksidaz
ı geri kazanmak
-Glukonik asidin yeniden üretiminde
glukoz oksidaz
ı
yeniden kullanabilmektir.
Elektrodializ bu ayırma işlemi için kullanılır
-Dönüşüm sıvısı birden çok membran elektrodializ ekipmanında işleme tabi tutulur.

Walon, R., “Enzymatic Production Of Gluconic Acid”, US Patent 3,619,396, 1971.
Glukonik Asitin Analiz Yöntemi
İsotachophoretic metot
Hidroksamat yöntemi
Gaz kromatografisi
HPLC metodu
Enzimatik Analiz Kitleri:
Yaygın olarak kullanılan yöntemdir.

D-glukonat + ATP Glukonat-6-P+ADP
Glukonat kinaz
Bergmeyer, H.U., Jaworek, D., “Process For The Conversion Of Glucose Into Gluconic Acid”, US Patent 3,935,071, 1976.
maddelerinde bolca bulunur.

İlaç, gıda, tekstil, inşaat sektöründe geniş uygulamalara sahiptir.

Küresel pazarda önemi büyüktür.
Glukozun enzimatik ve mikrobiyal dönüşümü ile elde edilir. Enzimler
bakterilerden elde edilebilir.
Enzim dönüşümünde ortam
kontrol altındadır.
Enzimler belirli pH
ve sıcaklıkta etkindirler.
Pahalı besin maddeleri, yan

ürün oluşumu, saflaştırma
işlemlerine rağmen mikrobiyal üretim
yüksek verim nedeniyle tercih edilir.
Enzimatik üretim bu dezavantajları
içermez fakat düşük kararlılık,
tutuklama işlemlerinin zaman
alması, pahalılık üretilememe
nedenidir.
geleceği, glukonatın ticari


Uygulamaların
olarak kullanılabilmesine
bağlıdır.
Tüm bu dezavantajlarının önüne

geçmek için endüstriyel alanda
enzimatik üretime önem verilmeli.

Ucuz substratlar keşfedilmeli,
kararlılık için yeni kimyasallar
bulunmalı uygun fiyat
elde edilmelidir.
TEŞEKKÜRLER
İçindekiler
Glukonik Asit Nedir?
Glukonik Asit Tarihçesi
Glukonik Asit Üretim Prosesleri
Glukonik Asit Üretim Teknikleri
Mikrobiyal Üretim
Enzimatik Üretim
Üretime Etki Eden Parametreler
Üretim Sonunda Ortamdan Glukonik Asit
ayrılması
Glukonik Asit Analiz Yöntemleri
Glukonik Asit Kullanım Alanları
Glukonik Asit Ticari Üretimi
Sonuçlar
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Full transcript