14 607 21 0050 Федеральная целевая

< 14. 607. 21. 0050 > Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014— 2020 годы» Соглашение № 14. 607. 21. 0050 от 14. 607. 21. 0050 на период 2014 - 2016 гг. Тема: Биотехнологическая конверсия растительного сырья в карбоновые, молочную и фумаровую, кислоты для их использования в синтезе биополимеров Руководитель проекта: проф. , д. х. н. Синицын А. П. Приоритетное направление: Науки о жизни Программное мероприятие: 1. 3 Получатель субсидии Федеральное государственное учреждение «Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук (ФИЦ Биотехнологии РАН) Индустриальный партнер Индустриальным партнером проекта является ООО «Краснодарский биоцентр» (Краснодарский край, г. Абинск, ул. Линейная 20) Основной вид деятельности Производство химических средств защиты растений (пестицидов) и прочих агрохимических продуктов, получение карбоновых кислот. Роль в проекте На базе ООО «Краснодарский биоцентр» проводится масштабирование разрабатываемых процессов с наработкой партий карбоновых кислот биотехнологическим способом на основе биомассы топинамбура. ООО «Краснодарский биоцентр» обладает производственными, финансовыми ресурсами для обеспечения внебюджетного финансирование проекта Ожидаемые результаты проекта Конечная продукция разработки будет представлена : -) образцами новых ферментных препаратов с содержанием инулиназ, содержащих не менее 45% целевого белка и обеспечивающих не менее 35% конверсии полисахаридов исходного сырья в простые сахара. -) образцами гидролизатов биомассы топинамбура с концентрацией восстанавливающих сахаров - не менее 35 г/л. -) образцами биокатализаторов для микробиологической трансформации простых сахаров, выдерживающих накопление фумарата и лактата в концентрации до 80 и 60 г/л для фумарата и лактата. -) образцы фумаровой и молочной кислоты с содержанием основного вещества не менее 95% и 80% соответственно. Цели и задачи проекта Целью проекта является: Разработка технологических основ экологически безопасного и энергоэффективного процесса ферментативной конверсии растительного сырья в технические сахара и эффективного способа микробиологического получения карбоновых кислот, как полупродуктов для химического синтеза биополимеров. Задачами проекта являются: - разработка новых рекомбинантных штаммов и ферментных препаратов инулиназ, позволяющих эффективно гидролизовать инулинсодержащее сырье топинамбура в технические сахара; - проведение экспериментальных исследований, отражающих процесс переработки инулинсодержащего сырья в карбоновые кислоты на лабораторном оборудовании; - разработка технической документации (Лабораторных регламентов и Программ и методик испытаний) для получения и испытания экспериментальных образцов технических сахаров и карбоновых кислот; - масштабирование разработанного процесса на пилотной установке на базе Индустриального партнера - ООО «Краснодарский биоцентр» Перспективы практического использования Кроме того, коммерческий интерес к результатам ПНИ можно ожидать со стороны компаний, занимающихся производством кормов для животных и препаратов для сельского хозяйства (Novus International, Inc. , США, "Daavision B. V. ", Нидерланды, Nutriad, Бельгия), так как фумаровая кислота имеет свойства консерванта. Очевидным будет интерес и к результатам ПНИ со стороны организаций, занимающихся химическим синтезом, в частности, со стороны ОАО Татхиминвест-холдинга, ОАО СИБУР Холдинг, ООО "Пластик" , готовых осваивать новые биотехнологические процессы, тем более те, которые позволяют в ходе одного процесса получать комплекс коммерчески значимых продуктов. Текущие результаты проекта СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ФП ЭКЗОИНУЛИНАЗЫ НА ОСНОВЕ ГРИБА P. VERRUCULOSUM INU 13 INU 18 ЦБГII ЦБГI 25% 45% ЦБГII Препарат 970 0 INU 13 486 42503 INU 18 <14. 607. 21. 0050> Инулин топинамбура P. verruculosum Накопление ● - фумаровой кислоты и ▲ молочной кислоты в процессах трансформации ферментолизатов под действием свободных (пустые символы) и иммобилизованных (черные символы) клеток мицелиальных грибов Rhizopus oryzae F-1032(ФК) и F-814(МК) Белок, мг/г 590 38502 Получение фумаровой кислоты в биореакторе из ферментолизатов под действием иммобилизованных клеток мицелиального гриба Rhizopus oryzae F-1032 - проведен анализ растительных субстратов, включая измельченную древесину лиственных пород, свекловичный жом, клубни и зеленые побеги топинамбура. - клонирован ген, кодирующий экзоинулиназу в системе экспрессии микромицетных грибов рода Penicillium для получения штаммов- продуцентов целевых ферментов, обладающих инулиназной и целлюлазной активностями; - проведен скрининг полученных трансформантов, выбраны штаммы, несущие гены целлюлаз и инулиназ с высокой продуктивностью; - проведены мероприятия по оптимизации условий культивирования выбранных штаммов P. verruculosum INU 13 и INU 18, изучены процессы биосинтеза целевых ферментов в зависимости от условий; штаммы задепонированы в ВКПМ. - на основе выбранных штаммов получены ферментные препараты с повышенной гидролитической способностью для гидролиза полисахаридов клубней топинамбура; - проведена селекция микроорганизмов для получения фумаровой и молочной кислоты, подобраны штаммы грибов рода Rhizopus и бактерий рода Lactobacillus, способные осуществлять микробиологическую конверсию сахаров в молочную и фумаровую кислоты; - получены биокатализаторы в виде иммобилизованных клеток мицелиального гриба Rhizopus oryzae F-1032 в поливиниловом спирте, отработана лабораторная технология получения иммобилизованного биокатализатора; - проведена конверсия ферментолизатов клубней топинамбура в фумаровую кислоту под действием биокатализаторов в виде свободных и иммобилизованных клеток мицелиального гриба Rhizopus oryzae F-1032, показано, что иммобилизованный биокатализатор более эффективен; - проведены наработки опытных партий гидролизатов растительного сырья; - проведена наработка партии фумаровой кислоты (фумарата) на основе гидролизатов предобработанного растительного сырья; выбраны условий проведения процесса выделения и очистки фумаровой кислоты с применением анионообменной хроматографии, получены образцы фумаровой кислоты. - проведена наработка партии молочной кислоты (лактата) на основе гидролизатов предобработанного растительного сырья; выбраны условий проведения процесса выделения и очистки молочной кислоты с применением анионообменной хроматографии и методом экстракции с применением органического растворителя; - проведена оптимизация условий элюирования лактат-ионов с хроматографической колонки, проведено лабораторное масштабирование процесса выделения лактат-ионов при использовании анионита АВ-17 -8 -чс, проведено обесцвечивание и получены образцы молочной кислоты; - были проведены исследования экспериментальных образцов новых ферментных препаратов PVERINU 13 и PVERINU 18. Доля целлюлаз в комплексном ферментном препарате PVERINU 18, являющимся мультиферментным, составляет 59, 4% при этом доля экзоинулиназы- 28, 6% В препарате PVERINU 13 доля экзоинулиназы составляет 45%. - проведено исследование экспериментальных образцов штаммов микроорганизмов-продуцентов фумаровой кислоты в гидролизных средах. Степень конверсии глюкозы в фумаровую кислоту под действием R. oryzae F 1032 составила от 109 до 329 % - разработан лабораторный регламент получения ферментных препаратов с повышенной гидролитической активностью по отношению к предобработанной возобновляемой биомассе растений. - разработаны лабораторные регламенты получения фумаровой и молочной кислот;