• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik03. 10. 2023 | Heidi Thode

Enzymatisk syntese af p-kumarinsyre

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik03. 10. 2023 | Heidi Thode

In situ produktfjernelse med et vandigt to-fasesystem afhjælper enzyminhibering.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2023 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Alexander Virklund1, Alex Toftgaard Nielsen2 og John M. Woodley1
1 Institut for Kemiteknik, Danmarks Tekniske Universitet
2 The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Danmarks Tekniske Universitet

Gennem de seneste årtier har der været fokus på at erstatte kemisk syntese eller biomasse-ekstrahering med fermentering eller enzymatisk syntese i håb om at opnå en mere effektiv og bæredygtig produktion. Dette er især relevant, hvor udbyttet er lavt grundet en kemisk syntese med mange trin eller et lavt indhold eller urenheder i biomassen. En god kandidat til enzymatisk syntese er p-kumarinsyre, det primære giftstof i kanel, men også en interessant forløber (precursor) blandt andet til produktionen af organiske halvledere til brug i elektronik [1]. Da p-kumarinsyre har antimikrobielle egenskaber, har enzymatisk syntese frem for fermentering vist sig at være det bedste bud i forbindelse med produktion af p-kumarinsyre [2]. Dog har produktinhibering af det relevante enzym vist sig at hæmme reaktionen [3]. Her beskrives vores udvikling af et vandigt to-fasesystem, som kan afhjælpe dette problem.

Produktinhibering af enzymet tyrosin ammoniak lyase
P-kumarinsyre kan dannes fra aminosyren tyrosin ved fraspaltning af ammoniak (figur 1), katalyseret af enzymet tyrosin ammoniak lyase (TAL). TAL-enzymer har begrænsede katalytiske kapaciteter (kcat), og dette forværres ved høje produktkoncentrationer, da p-kumarinsyre kan binde til det aktive center og konkurrerer med substratet tyrosin i at få adgang. Dette kan beskrives med en udvidelse af Michaelis Menten ligningen for enzymkinetik til at inkludere en inhibitor [4], i dette tilfælde p-kumarinsyre,

reaktion (1)

hvor v er reaktionshastigheden, [E] er enzymkoncentrationen, [S] er substratkoncentrationen, [I] er inhibitorkoncentrationen, KM er affiniteten til substratet, og Ki er affiniteten til inhibitoren. Selvom vi har identificeret en variant af TAL med relativt høj affinitet til tyrosin i forhold til p-kumarinsyre, er produktinhibering stadig et problem på grund af den lave opløselighed af tyrosin. Det er muligt at øge opløseligheden af tyrosin ved at øge temperaturen og pH [5,6], samt ved brug af kosolventer [7]. Der er dog en øvre grænse for, hvad enzymet kan tåle, og det har vist sig ikke at være muligt i tilstrækkelig grad at forhindre produktinhibering alene via temperatur, pH og brug af kosolventer (figur 2).

Vandigt to-fasesystem til ekstrahering af p-kumarinsyre
Vi ønskede en metode til at fjerne p-kumarinsyre in situ, samtidig med at det blev dannet. En typisk metode til in situ produktfjernelse er et to-fasesystem med en organisk fase oven på en vandig fase til ekstrahering af produktet. Dette virker dog ikke for p-kumarinsyre i denne enzymproces, da reaktionen foregår i en basisk opløsning, hvor TAL har højere aktivitet og tyrosin har højere opløselighed. I basisk opløsning er p-kumarinsyre ladet og foretrækker den vandige fremfor den organiske fase. Derfor undersøgte vi brugen af et vandigt to-fasesystem til ekstraktionen, som dannes, når to ikke-blandbare polymerer eller en polymer og en salt blandes i en vandig opløsning.
Vi afprøvede forskellige salte og polymerer, og fandt, at en opløsning af kaliumfosfat og poly(etylenglykol) dannede et stabilt vandigt to-fasesystem samt ekstraherede p-kumarinsyre til den øvre polymerfase med en fordelingskoefficient på op mod 13 afhængig af koncentrationerne. P-kumarinsyre absorberer lys i det synlige spektrum, hvilket giver det en gylden farve i tilstrækkelige koncentrationer, som let kan observeres med det blotte øje (figur 3).

In situ produktfjernelse af p-kumarinsyre
Selvom vi har identificeret et effektivt vandigt to-fasesystem til ekstrahering af p-kumarinsyre, var en proces til in situ produktfjernelse endnu ikke på plads, og yderligere udfordringer måtte løses. Det første var at teste TAL-enzymet i saltfasen, da den høje ionstyrke potentielt kunne have en negativ virkning på enzymet. Vi opdagede da også et fald i TAL-aktivitet, selv i en 10 procent vægt fosfatopløsning (figur 4), så vi fortyndede systemet og identificerede den laveste fosfatkoncentration nødvendig til at bevare to-fasesystemet. Det næste var at bevare enzymet i saltfasen og ude af polymerfasen. I stedet for et oprenset enzym benyttede vi en E. coli-stamme, som udtrykker TAL, men cellerne flød op til polymerfasen på grund af den høje densitet af saltfasen.
Vi immobiliserede derfor TAL-cellerne i kugler af en hydrogel (figur 5), så vi kunne pakke dem i en roterende kolonnereaktor (rotating bed reactor) placeret i saltfasen. Typisk pakker man immobiliserede enzymer i en kolonne-reaktor (packed-bed reactor) og pumper substratet igennem kolonnen kontinuerligt, men dette ville ikke fungere i nærværende enzymproces på grund af den lave opløselighed af tyrosin, som ville give en meget fortyndet produktstrøm. I stedet benyttede vi en batch-reaktion, hvor tyrosin er til stede i en opslæmning, kolonnen roterer for at øge overførslen af substrat igennem enzymet, og tyrosin går gradvist i opløsning, i takt med at den bliver omdannet til den mere opløselige p-kumarinsyre. Når reaktionen er til ende, kan de to faser tappes hver for sig, og p-kumarinsyren kan udfældes fra polymerfasen ved at sænke pH. De immobiliserede TAL-celler er klar til at blive genbrugt i næste batch, og salt og polymerfasen kan muligvis også genbruges.

Fortsat udvikling af processen
Mens et forsøg med de immobiliserede TAL-celler beskrevet her, nu er gennemført (figur 6), har vi endnu ikke sammenlignet systemet med en kontrol, hvorfor der endnu ikke foreligger resultater på, hvor effektiv metoden er til at øge p-kumarinsyre-produktionen. Vi håber dog at kunne vise en forbedring i p-kumarinsyre-produktionen, og at metoden kan bidrage til kommercialiseringen af p-kumarinsyre produktion via enzymatisk syntese, selvom yderligere optimering kan være nødvendig. Samtidig er dette projekt et af få eksempler på implementeringen af et vandigt to-fasesystem til in situ produktfjernelse, hvilket kan inspirere fremtidige processer.
Denne forskning er finansieret af Novo Nordisk Fonden gennem The Fermentation Based Biomanufacturing Initiative, fondsnummer: NNF17SA0031362.

E-mail:
Alexander Virklund: alvir@dtu.dk

Referencer
1. Ben-Bassat, A., Breinig, S., Crum, G.A., Huang, L., La Bonte Altenbaugh, A., Rizzo, N., Trotman, R.J., Vannelli, T., Sariaslani, F.S., & Haynie, S.L. (2007). Preparation of 4-vinylphenol using pHCA decarboxylase in a two-solvent medium. Organic Process Research and Development, 11(2), 278-285. https://doi.org/10.1021/op0602472.
2. Sariaslani, F.S. (2007). Development of a combined biological and chemical process for production of industrial aromatics from renewable resources. Annual Review of Microbiology, 61(1), 51-69. https://doi.org/10.1146/annurev.micro.61.080706.093248
3. Virklund, A., Jendresen, C.B., Nielsen, A.T., & Woodley, J.M. (2023). Characterization of tyrosine ammonia lyases from Flavobacterium johnsonian and Herpetosiphon aurantiacus. Biotechnology Journal, 2300111. https://doi.org/10.1002/BIOT.202300111.
4. Segel, I.H. (1975). Enzyme Kinetics: Behavior and Analysis of Rapid Equilibrium and Steady-State Enzyme Systems. John Wiley & Sons.
5. Lee, C.Y., Chen, J.T., Chang, W.T., & Shiah, I.M. (2013). Effect of pH on the solubilities of divalent and trivalent amino acids in water at 298.15 K. Fluid Phase Equilibria, 343, 30-35. https://doi.org/10.1016/J.FLUID.2013.01.010.
6. Samuel H. Yalkowsky, Yan He, P.J. (2006). Handbook of Aqueous Solubility Data, Second Edition (Vol. 1999, Issue December).
7. Li, X., Li, K., Farajtabar, A., He, Y., Chen, G., & Zhao, H. (2019). Solubility of d -Tryptophan and l -Tyrosine in Several Organic Solvents: Determination and Solvent Effect. Journal of Chemical and Engineering Data, 64(7), 3164-3169. https://doi.org/10.1021/acs.jced.9b00258.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

Spiseolier – de onde, de gode og den virkelig gode

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemiTop29. 09. 2026

Der er fokus på ultraforarbejdet mad. Måske skyldes megen af den dårligdom, forarbejdning nu får skyld for, snarere en ubemærket ændring i vores indtag af umættede planteolier – især i de industrialiserede lande. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2026 og kan læses uden

Gekkoen kan hele sit hjerte uden arvæv

AktueltBiologi29. 09. 2026

Et forskerhold fra Aarhus Universitet har kortlagt, hvordan gekkoer gendanner beskadiget hjertevæv. Det kan gøre gekkoen til et nyt vigtigt modeldyr i jagten på at forstå kroppens evne til at reparere sig selv. Hvorfor kan nogle dyr reparere beskadigede organer, mens menneskekroppen ofte må

Hydrogensulfid og biokul

AktueltKlima og miljø22. 09. 2026

Diverse jernforbindelser og aktivt kul har traditionelt været anvendt til at fjerne hydrogensulfid (H2S) fra biogas. Med opblomstringen af pyrolyse er et relativt nyt middel kommet på banen, nemlig biokul, som dog har været udforsket på laboratorieniveau i et årti. Dette lille studie viser, at

Fremtidens cement er levende

AktueltBioteknologiKemiteknikKlima og miljø22. 09. 2026

Ny forskning fra Aalborg Universitet peger på en fremtid, hvor cement kan reparere sig selv, lagre energi, optage CO2 og reagere på omgivelserne ved hjælp af mikroorganismer. Forestil dig en fremtid, hvor hullet i vejen forsvinder af sig selv. Hvor bygningen du arbejder i, også fungerer som et

En succesfuld LabDays Copenhagen 2026

AktueltBranchenyt14. 09. 2026

Traditionen tro blev LabDays Copenhagen 2026 gennemført i KB Hallen; det skete fra den 9. - 10. september – og messen var igen i år en stor succes. Messen havde små hundrede udstillere, som bød fagpublikummet velkommen med et større fagligt program. Over 2.600 fagfolk lagde vejen forbi; så det

Kemiens etik: Et overset felt med voksende betydning

AktueltArtikler fra Dansk Kemi07. 09. 2026

Kemisk forskning og teknologi påvirker i stigende grad sundhed, miljø og samfund. Derfor er der behov for større opmærksomhed på kemiens etiske dimensioner i både forskning, undervisning og faglige organisationer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer,

Molekylær fødevarekemi former fremtidens mad

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi27. 08. 2026

Villumlegat til forsker Milena Corredig sætter fokus på struktur og funktionalitet i bæredygtige fødevarer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Kimie Kongsøre, Institut for

Hvad bruger vi kalken til?

Artikler fra Dansk Kemi26. 08. 2026

Fra Aalborg Portlands hvide kridtgrave til de malede hvælv i Aarhus Domkirke: kalk er ikke kun geologi, men et materiale, der har båret dansk byggeri, industri, landbrug og kunsthistorie. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2026 og kan læses herunder uden illustrationer, strukturer eller

Kontrolleret osmose

Artikler fra Dansk Kemi26. 08. 2026

En metode til måling af blandingsenergi i ikke-ideale opløsninger. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Dennis Wowern Nielsen1 og Claus Helix-Nielsen21 Uafhængig forsker 2

Der er forskel på thioler og thioler

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemi26. 08. 2026

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I den interessante artikel om polycykliske carbonhydrider i aprilnummeret af dette blad [1] omtaltes en femleddet ring med to svovlatomer under navnet

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Mikrolab – Frisenette overtager aktiviteterne i MD Scientific

  • DENIOS ApS

    Vil du opvarme dine materialer effektivt?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Reduktion af energiomkostninger og forlængelse af vakuumpumpens levetid i fødevarepakning

  • Holm & Halby

    VidensDag’26 hos Holm & Halby

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Tilbud på GreenTips pipettespidser fra nerbe plus

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Forudkonfigurerede R&D-pakker fra Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions til forenklet opsætning af undersøgelser

  • DENIOS ApS

    Hvilke risici skal du være opmærksom på ved tekniske gasser?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    De 10 mest almindelige fejl ved brug af turbomolekylære vakuumpumper, og hvordan man undgår dem.

  • Holm & Halby

    Haier Biomedical går ind på markedet for rysteinkubatorer

  • Holm & Halby

    Ny generation af -86 °C frysere halverer næsten energiforbruget

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Spiseolier – de onde, de gode og den virkelig gode

    29.09.2026

  • Gekkoen kan hele sit hjerte uden arvæv

    29.09.2026

  • Hydrogensulfid og biokul

    22.09.2026

  • Fremtidens cement er levende

    22.09.2026

  • En succesfuld LabDays Copenhagen 2026

    14.09.2026

  • Kemiens etik: Et overset felt med voksende betydning

    07.09.2026

  • Molekylær fødevarekemi former fremtidens mad

    27.08.2026

  • Hvad bruger vi kalken til?

    26.08.2026

  • Kontrolleret osmose

    26.08.2026

  • Der er forskel på thioler og thioler

    26.08.2026

  • Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

    26.08.2026

  • GC-analyse af ”håbløse” matricer

    24.08.2026

  • Hvor kommer kalken fra?

    17.08.2026

  • Fra forskning til et mere sikkert kemisk arbejdsmiljø for brandfolk

    10.08.2026

  • Størrelse betyder noget

    03.08.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}