V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Янтарная кислота – природная дикарбоновая кислота ациклического ряда, участвующая в цикле трикарбоновых кислот (цикле Кребса). В свободном и связанном виде она обнаружена в тканях растений и животных, в янтаре, буром угле. В больших количествах синтезируется при бактериальном разложении некоторых органических кислот (яблочной, винной); образуется при спиртовом брожении. Соли янтарной кислоты называются сукцинаты.

Полезные свойства янтарной кислоты для человека и живого организма изумительны. Она стимулирует клеточное дыхание, обладает антиоксидантным действием, является антистрессовым средством, способствует нейтрализации алкоголя в крови.

Янтарная кислота - важный полупродукт в химической промышленности. Используется для получения красителей, лаков, алкидных смол, инсектицидов; эфиры янтарной кислоты применяют в парфюмерно-косметической и пищевой промышленности как ароматизаторы и отдушки. В фармацевтической индустрии янтарная кислота входит в состав ряда препаратов, а также является сырьём для производства лекарственных средств седативного, спазмолитического, противоракового действия.

Ежегодно в мире производят около 25 000 тонн янтарной кислоты, а реальная потребность в ней оценивается примерно в 300 000 тонн, что на порядок выше существующих объёмов производства.

Большинство способов получения янтарной кислоты основано на использовании малеинового ангидрида и малеиновой кислоты, которые в свою очередь получают из нефти. Малеиновый ангидрид подвергают гидрированию на металлических катализаторах, в водной среде с последующей гидратацией.

В проблемной лаборатории КубГТУ разработан способ получения янтарной кислоты окислением фурфурола пероксидом водорода. Суть метода заключается в обработке фурфурола пероксидом водорода (15-30%) при различных рН. Он позволяет получить целевой продукт с выходом, близким к теоретическому или в два-три раза большим, по сравнению с существующими аналогами.

Используют и другие способы получения янтарной кислоты. Однако химический синтез требует дорогих катализаторов, высоких температур и давления. Цена янтарной кислоты зависит от цены на нефть. Применение тяжелых металлов и органических растворителей приводит к ухудшению экологической ситуации. Решать проблемы органического синтеза, а также наращивать темпы роста производства янтарной кислоты возможно с помощью биотехнологии, которая отвечает требованиям «зеленой» химии.

Биотехнология обеспечивает управляемое получение полезных продуктов для различных сфер человеческой деятельности. Она базируется на использовании микроорганизмов, вирусов, дрожжей, растительных и животных клеток.

Биотехнологические процессы, в отличие от химических, реализуются в «мягких» условиях, при нормальном давлении и невысоких температурах среды; они в меньшей степени загрязняют окружающую среду отходами и побочными продуктами.

Синтезировать янтарную кислоту для промышленного получения могут бактерии, плесневые грибы, дрожжи, все они имеют свои достоинства и недостатки. Идеальный продуцент должен использовать различные источники углерода, а не только глюкозу, быть устойчивым к высокому осмотическому давлению, не выделять побочных продуктов. Основной характеристикой продуцента является концентрация синтезируемой кислоты в культуральной жидкости.

Перспективными для синтеза янтарной кислоты являются бактерии Actinobacillus succinogenes, выделенные из желудка жвачных животных, которые способны использовать СО₂ как источник углерода наряду с сахарами. Они обеспечивают высокое содержание янтарной кислоты в культуральной жидкости - 100 г/л. К сожалению, наряду с янтарной кислотой эти бактерии выделяют и другие - уксусную, муравьиную, молочную, а также этанол. Это затрудняет выделение продукта.

Новейшие технологии генной инженерии позволяют создавать новые штаммы микроорганизмов и дрожжей с заданными свойствами для биотехнологии. Например, модифицированная кишечная палочка E. coli AFP111

способна продуцировать янтарную кислоту в таких же количествах, что и A. succinogenes, но при этом у неё заблокированы гены, отвечающие за синтез побочных молочной и муравьиной кислот.

Генномодифицированные дрожжи Saccharomyces cerevisiae и Yarrowia lipolytica также используют для синтеза янтарной кислоты. В отличие от бактерий они быстро растут, не боятся кислорода и устойчивы к высоким концентрациям кислоты. Однако дрожжевые штаммы способны накапливать всего около 60 г янтарной кислоты в литре культуральной жидкости, а этого недостаточно для промышленного производства.

Биотехнология является ярким примером «высоких технологий», с которыми связывают перспективы развития многих производств. Биологические технологии находятся в настоящее время в фазе бурного развития. Янтарная кислота входит в список веществ, которые в ближайшем будущем начнут производить из биомассы, и они вытеснят продукты нефтехимического синтеза.

Код для цитирования: Скопировать