ビート糖蜜からリンゴ酸へ：発酵および下流プロセスのホリスティック開発

科学分野:

• バイオテクノロジーとバイオエンジニアリング
• 持続可能な化学

背景:

• 化石燃料由来化学物質の持続可能な代替品への需要の高まりは、リンゴ酸のような再生可能なプラットフォーム化学物質への関心を高めています。
• 現在の製造方法では、特に基質コストが高く、サトウキビ糖蜜のような複雑な原料からのリンゴ酸の下流処理に課題があります。
• 糖蜜発酵における高浸透圧、阻害物質、色素沈着は、微生物生産と分離を複雑にします。

研究 の 目的:

• 未処理のサトウキビ糖蜜からのリンゴ酸製造のための統合された技術経済的に実行可能なプロセスの開発。
• リンゴ酸およびコハク酸の発酵生産および下流処理の最適化。
• 農業残渣を持続可能なプラットフォーム化学物質製造のための実行可能なものとして実証すること。

主な方法:

• 様々なバッチ構成（バッチ、流加バッチ、パルスバッチ）で、シェーカーフラスコおよびパイロットスケール（150 L）でトリコフォラ属によるリンゴ酸の発酵生産を調査しました。
• 繰り返しパルスバッチ発酵のために膜分離式セルリテンションを採用し、高力価と高収率を達成しました。
• 活性炭を使用して、2段階の生成物捕捉、溶媒交換、脱色を行い、その後結晶化により下流精製を行いました。

主要な成果:

• 繰り返しパルスバッチ発酵とセルリテンションを使用して、力価108 g/L、収率0.50 g/g、空間時間収率0.66 g/L/hで15.7 kgのリンゴ酸を生産しました。
• 副生成物であるコハク酸を最大22.9 g/Lの濃度で検出しました。
• Aspen Plusモデルを開発し、プロセス全体の収率をマレイン酸43 g（純度98%）、コハク酸10 g/gショ糖当量と推定し、生産コストは市場価格と競争力があります。

結論:

• 未処理糖蜜からのリンゴ酸製造のための開発されたホリスティックアプローチは、主要な課題に対処し、大規模での技術経済的実行可能性を実証します。
• このプロセスは、農業残渣をプラットフォーム化学物質製造のための費用対効果の高い原料として利用するための実行可能なルートを提供します。
• 本研究は、再生可能な資源からの有機酸の持続可能で競争力のある製造の可能性を強調しています。