Новый эффективный биокатализатор для синтеза амидов карбоновых кислот, в частности акриламида и никотинамида

1.     Сроки выполнения разработки 1999-2004

2.     Головная организация ­ разработчик, адрес, факс, E-mail, контактный телефон: Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, г.Пермь, т.(3422)64-67-12, 64­67­13, факс (3422)64-67-11, E­mail: demakov@ecology.psu.ru

3.     Организация ­ заказчик, адрес, факс, E­mail, контактный телефон: Грант РФФИ №01-04-96465 ФГУП "Пермский завод им. С.М. Кирова", 614113, г.Пермь, ул. Гальперина, 11

4.     Возможные потребители, наличие заявок на продукцию: Разработку планируется внедрить для существующей технологии синтеза акриламида на производстве "Акрилат" ФГУП "Пермский завод им. С.М. Кирова", АО "MSP".

5.     Краткая содержательная характеристика разработки: Цель работы: получение нового эффективного биокатализатора для промышленного синтеза амидов из соответствующих нитрилов карбоновых кислот, в частности акриламида и никотинамида. Работа включает селекцию штаммов бактерий ­ суперпродуцентов фермента нитрилгидратазы, катализирующего синтез амидов, разработку технологии получения высокоактивного и стабильного биокатализатора на основе биомассы бактерий и разработку технологии конверсии нитрилов до соответствующих амидов.

В результате скрининга образцов почв, отобранных в местах разлива акрилонитрила, и последующей селекции выделен ряд штаммов, способных конвертировать нитрилы до соответствующих амидов и/или карбоновых кислот. В том числе получены штаммы Rhodococcus sp. gt1 и 84, обладающие наиболее высокой нитрилгидратазной активностью при минимальной амидазной активности.

Изучено влияние состава среды на рост и ферментативную активность исследуемых микроорганизмов. Исследованы свойства препаратов нитрилгидратаз. Определена специфичность ферментов, зависимость их активности от температуры и кислотности среды. Определены условия, необходимые для индукции ферментов. Максимальная активность нитрилгидратазы, наблюдавшаяся у штамма gt1, составляла по акриламиду 480 ед., что сопоставимо с активностью штаммов, используемых в промышленном синтезе акриламида. Получен патент на штамм ­ продуцент нитрилгидратазы.

Исследованы каталитические свойства микроорганизмов, иммобилизованных на угольных сорбентах.

Планируется оптимизировать процесс культивирования штаммов ­ продуцентов ферментов с целью получения максимального выхода высокоактивной биомассы; определить допустимые способы и условия осаждения и иммобилизации клеток, параметры работы иммобилизованных биокатализаторов.

Проведены модельные синтезы акриламида с применением опытных образцов биокатализатора. В результате получены 40­52% растворы акриламида без примеси побочных продуктов.

В результате работы планируется разработать рекомендации и техническую документацию по технологии получения нового биокатализатора и рекомендации по способу синтеза акриламида и никотинамида с его применением.

Также будут получены штаммы, пригодные для синтеза карбоновых кислот.

6.     Степень готовности (завершение эксперимента, проведение испытания опытного образца, выпуск опытной серии и т.п.). В результате селекции получены штаммы ­ продуценты нитрилгидратазы. Проведены испытания опытных образцов. Совместно со специалистами ФГУП "ПЗ им. С.М. Кирова" сконструирована опытно ­ промышленная установка для культивирования микроорганизмов.

7.     Наличие необходимой инфраструктуры производственных мощностей. Сотрудниками ИЭГМ УрО РАН и ФГУП "ПЗ им. С.М. Кирова" сконструирована опытно ­ промышленная установка для культивирования микроорганизмов. Специалистами производства "Акрилат" ФГУП "ПЗ им. С.М. Кирова" установка смонтирована и пущена в эксплуатацию. На ФГУП "ПЗ им. С.М. Кирова" имеется действующее производство акриламида биокаталитическим способом мощностью 30000 т/год.

8.     Ожидаемые результаты: Получение промышленного штамма ­ продуцента внутриклеточного фермента нитрилгидратазы. Разработка тезнологии получения биокатализатора и его использования для синтеза амидов, в частности, акриламида.

9.     Оценка основных характеристик разработки,  обеспечивающих конкуренто­ способность.

9.1. Научно­технический уровень:

9.1.1. По отношению к лучшим отечественным образцам: По каталитическим качествам штаммы Rhodococcussp. gt1 и Rhodococcus sp. 84 не уступают отечественным штаммам R. rhodochrous М8 и R. rhodochrous М33 и могут быть использованы в аналогичных процессах синтеза акриламида, а также для получения никотинамида и других амидов карбоновых кислот. Нитилгидратаза штамма gt имеет большую термостабильность и стабильность в процессе синтеза по сравнению с аналогичными ферментами, описанными в литературе. В результате модельных синтезов получены растворы акриламида с концентрацией до 52%, что превосходит результаты, описанные в отечественной литературе.

9.1.2. По отношению к лучшим мировым образцам Штаммы Rhodococcussp. gt1 и Rhodococcus sp. 84 не уступают по технологическим свойствам и могут быть использованы аналогично зарубежным штаммам R. rhodochrousJ1 и Rhodococcussp. R312.

9.2. Экологичность: Процесс синтеза акриламида с применением биокатализатора является безотходной технологией. При получении биокатализатора на основе штаммов ­ продуцентов нитрилгидратазы образуются стоки отработанной синтетической среды, требующие биологической очистки, обычной для микробиологических процессов.

9.3. Экономические показатели (оценочные)

9.3.1. Требуемый объем инвестиций (млн. дол.): 1.

9.3.2. Потенциальный объем продаж (млн. дол.): 1,5  в год.

9.3.3. Срок окупаемости проекта (лет): 3.

10.     Область применения разработки (указать наименование и двузначные коды позиции ОКДП ­ Общероссийского классификатора видов экономической деятельности, продукции и услуг (ОК004­93)):

11.     Наличие бизнес­плана по реализации разработки: Нет

12.     Организация, давшая предложение, контактный телефон: Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, г.Пермь, т.(3422)64-67-12, 64­67­13, факс (3422)64-67-11.