Riassunto analitico
I composti aromatici sono una vasta classe di prodotti chimici usati in diversi campi industriali, come industrie alimentari, bevande, prodotti chimici, cosmetica e farmaceutica. Possono essere usati come coloranti, solventi organici e aromi. La maggior parte dei composti aromatici sono ancora prodotti attraverso sintesi chimica, utilizzando petrolio. La natura non rinnovabile del petrolio, i problemi ambientali e di salute, la disponibilità limitata e le rese delle piante portano allo sviluppo di metodi di produzione alternativi, in particolare i processi biotecnologici. Inoltre, il mercato degli aromi è cresciuto negli anni e la tendenza è quella di continuare a crescere con l'aumento della domanda di prodotti aromatizzati. Attualmente rappresentano un mercato mondiale di 26 miliardi di dollari l'anno (2017) in costante crescita. Oltre alle piante, quasi tutte le specie batteriche e funghi hanno la capacità metabolica di sintetizzare diversi composti aromatici. I composti aromatici sono di solito prodotti attraverso un percorso comune, chiamato Shikimate pathway (SHIK), che è condiviso tra microrganismi batterici, eucariotici e archea. Tutti i geni e metaboliti della via dello Shikimate e la loro regolazione sono stati analizzati e caratterizzati in Escherichia coli e molti altri batteri. Il 2-feniletanolo è un alcool aromatico volatile con una fragranza simile alla rosa, ampiamente usato nell'industria cosmetica, dei profumi ed alimentare. La produzione mondiale di 2-PE nel mondo è stata stimata in circa 10.000 tonnellate nel 2010, la maggior parte delle quali è stata ottenuta mediante sintesi chimica da benzene o stirene con un prezzo di 5 US$/ kg. La produzione di questo composto può essere fatta in tre modi diversi: sintesi chimica, estrazione dai petali di rosa e processi biotecnologici. In questo lavoro è stato utilizzato un nuovo isolato batterico, proveniente dal suolo forestale dell'Angola, per produrre 2-PE, dal momento che era stata scoperta la presenza di geni che codificano gli enzimi coinvolti nella produzione di 2-PE. Il lavoro è iniziato con lo studio del terreno ottimale per la crescita batterica, sono stati testati sette diversi mezzi; due di questi erano già stati utilizzati dal gruppo BIOENG per la produzione di vanillina. Dopo aver selezionato i 2 mezzi con i migliori tassi di crescita, è stata scelta la miglior concentrazione di glucosio, 47,73 a.u (arbitrary units) e di azoto, 1,19 a.u.. È stata anche studiata la concentrazione ottimale di L-fenilalanina che è risultata essere di 11,93 a.u.. Tutti questi esperimenti sono stati eseguiti in shake flask. Dopo l'ottimizzazione media sono stati eseguiti test in batch in bioreattori da 2L. Dai bioreattori sono state calcolate poi la velocità di produzione di 2-PE, di consumo di L-Phe, la velocità di crescita, la produttività volumetrica oraria, il coefficiente di resa prodotto/substrato. La produzione di 2-PE raggiunta è nel range di 3,65 e 4,91 a.u. con una YP/S tra 1,24-1,67 a.u.
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Abstract
The aromatic compounds are a wide class of chemicals used in different industrial field, namely food, beverage, feed, chemical, cosmetics and pharmaceutical industries. They could be used as dyes, organic solvent and flavors. Most of the aromatic compounds are still produced via chemical syntheses, using petroleum. The non-renewable nature of petroleum, environmental and health concerns, and limited availability and yields from plants lead to the develop of alternative production methods, namely biotechnological processes.
2-Phenylethanol is a volatile aromatic alcohol with a rose-like fragrance widely used in cosmetic, perfume and food industry. The world's annual production of 2-PE was estimated to be approximately 10’000 tons in 2010, most of which was obtained by chemical synthesis from benzene or styrene with a price of 5 US$/ kg. The production of this compound can be made by three different methods: chemical synthesis, extraction from rose petals and biotechnological processes.
A biotechnological process to produce 2-PE by a new isolated bacterium has been developed, in this work. The growth medium has been selected, as well as the glucose concentration (47.73 a.u.), nitrogen concentration (1.19 a.u.) and L-phenilalanine concentration (11.93 a.u.). Batch tests in 2 L bioreactors were performed after selection of the growth and production conditions. The 2-PE production achieved were in the range of 3.65 and 4.91 a.u., with a YP/S of 1.24-1.67 a.u.
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