Sursa de finantare UEFISCDI, Programul PN III

Cod proiect PN-III-P2-2.1-BG-2016-4-0317

Nr. Contract 27BG/ 2016

Titlu proiect Tehnologia biocatalitica pentru producerea verbenolului si verbenonei de origine naturala prin valorificarea continutului de α-pinen din turpentina

Acronim AromaVer

Descrierea proiectului

Proiectul AromaVer este conceput pe principiul parteneriatului public – privat pe termen mediu si lung intre Universitatea din Bucuresti (UOB) si Centrul de Chimie Organică "Costin D. Neniţescu" (CCO) ca organizatii de cercetare si Societatea Natural Ingredients R&D S.R.L. (NIRD) ca agent economic. AromaVer susţine dezvoltarea tehnologică orientată spre industrie şi aplicaţiile corespunzatoare cu potenţial de piaţă. În acest sens, proiectul propune realizarea unei noi tehnologii de producere a verbenolului şi a verbenonei ca produşi naturali, arome pentru industria agro-alimentară, oferind o noua directie de exploatare pentru linia tehnologica de inalta performanta a agentului economic, dedicata momentan valorificarii uleiului de fusel.

Tehnologia propusa se basează pe un proces biocatalitic (catalizator de tip enzimă peroxidază imobilizată pe particulă magnetică) de transformare (oxidare) a α-pinenului în verbenol şi verbenonă. În elaborarea procesului biocatalitic se va utiliza un sistem bifazic (pentan – fază apoasă) care va permite o bună extracţie online a produşilor de reacţie, deplasând echilibrul chimic al procesului biocatalitic către formarea continuă de produşi (îmbunătăţirea randamentului reacţiei). Design-ul biocatalizatorul permite recuperarea şi reutilizarea acestuia în cicluri succesive de producţie, îmbunătăţind eficienţa procesului din punct de vedere economico-financiar. Sursa de materie primă propusă cu conţinut de α-pinen este turpentina, o sursă naturală, ceea ce asigură mai departe caracteristici de compuşi naturali pentru produşii obţinuţi (verbenol şi verbenonă).

AromaVer va permite extinderea ariei de producţie a agentului economic prin producerea a doi compusi-aroma - verbenol si verbenona. Realizarea unei activitati de cercetare in parteneriat UOB-CCO-NIRD va permite cresterea performantei si competitivitatii agentului economic.

Etapa I/ 2016

Rezumatul raportului de activitate

In cadrul etapei I/ 2016 (octombrie - decembrie 2016) au fost realizate toate activitatile propuse in Planul de activitati din pachetul contractului. Concret, s-a realizat un screening enzimatic pentru enzimele de tipul peroxidazelor. In acest fel, s-a putut stabili enzima cu activitate catalitica mare si selectivitate buna pentru procesul de sinteza a verbenolului si verbenonei din α-pinene (peroxigenaza PaDa-I). Biocatalizatorul studiat a fost modelat diferit pentru generarea unui biocatalizator heterogen de tipul enzima imobilizata pe suport solid (imobilizare covalenta simpla si cu reticulare). Deoarece performantele sistemului au fost mai mici pentru enzima imobilizata fata de cea libera, se propune o evaluare a unui nou tip de imobilizare in care enzima este retinuta intr-o cavitate apoasa cu pereti bio-polimerici (incapsulare in matrice de alginat/caraginan). Metodele de analiza selectionate pentru evaluarea continutului amestecului reactionat au fost de tip cromatografic: gaz cromatografie cuplata cu spectrometrie de masa (GC-MS) si gaz cromatografie cuplata cu ionizare in flacara (GC-FID). Astfel, s-a pus in evidenta prezenta produsilor de interes (verbenol si verbenona), dar s-a realizat si o determinare cantitativa a produsilor rezultati pentru a se putea estima performanta procesului biocatalitic.

Rezultatele experimentale obtinute in cadrul acestei etape constituie elemente de baza pentru continuarea activitatii experimentale in etapa urmatoare (etapa II/2017).

Publicatii

Pentru aceasta etapa nu exista publicatii deoarece derularea proiectului s-a realizat pe parcursul doar a 3 luni (1 octombrie - 31 decembrie 2016).

Diseminare

Pentru aceasta etapa nu exista activitate de diseminare deoarece derularea proiectului s-a realizat pe parcursul doar a 3 luni (1 octombrie - 31 decembrie 2016).

Etapa II/ 2017

Rezumatul raportului de activitate

In cadrul etapei II/2017 au fost realizate toate activitatile propuse in Planul de activitati din pachetul contractului. Concret, a fost realizat un sistem bifazic pentru producerea in amestec a verbenolului si verbenonei. Sistemul obtinut a fost optimizat pentru a putea stabili conditiile experimentale necesare atingerii unei bune performante de productie. A fost stabilita metoda aplica in functionarea sistemului bifazic. Totodata, s-a realizat extractia α-pinen din surse diferite de turpentina. Metoda de extractie s-a bazat pe distilarea selectiva a turpentinei pentru o buna separare a α-pinen din matricea probei reale. Extractia a implicat un sistem Soxhlet cu solvent haxan. α-pinen obtinut cu caracteristici naturale a fost utilizat drept substrat pentru sistemul biocatalitic bifazic. Performantele sistemului au fost pastrate in cazul α-pinen natural fata de cel de sinteza. Acest fapt s-a datorat atat unei bune separari din matricea turpentinei, cat si designului sistemului biocatalitic.

Rezultatele experimentale obtinute in cadrul acestei etape constituie elemente de baza pentru continuarea activitatii experimentale in etapa urmatoare (etapa III/2018).

Publicatii

1. A. Negoi, V.I. Parvulescu, M. Tudorache, "Peroxidase-based biocatalysis in a two-phase system for allylic oxidation of α-pinene", Catalysis Today (2017) in press.

Diseminare

1. Madalina Tudorache, Alina Negoi, Iunia Podolean, Cristina Sora, Miguel Alcalde, and Vasile I. Parvulescu, BioTrans 2017, Budapesta, Ungaria, iulie 2017. (poster)

2. M. Tudorache, A. Negoi, A. Gheorghe, M. Enache, G.-M. Maria, A. Viana, V.I. Parvulescu, International Symposium in Green Chemistry, La Rochelle, Franta, mai 2017. (poster)

3. M. Tudorache, C. Opris, V.I. Parvulescu, PRIOCHEM, Bucharest, Romania, octombrie 25-27 2017. (prezentare orala)

Etapa III/ 2018

Rezumatul raportului de activitate

In cadrul etapei III/2018 au fost realizate toate activitatile propuse in Planul de activitati din pachetul contractului. Concret, a fost realizata instalatia pilot pentru producerea verbenolului si verbenonei. Pentru aceasta a fost pusa la punct o tehnologie necesara extractiei materiei prime (α-pinen) din biomasa. De asemenea, a fost dezvoltata si optimizata tehnologia de producere a verbenolului si verbenonei in amestec pe baza procesului biocatalitic de oxidare a α-pinenului.

Proiectul AromaVer a permis realizarea unei noi tehnologii pentru producerea aromelor, tehnologie importanta pentru agentul economic implicat in acest proiect ca beneficiar (Natural Ingredients). In cadrul acestui proiect s-a realizat o buna colaborare intre parteneri (UB, CCO si Natural Ingredients). Cunostintele teoretice si practice de laborator ale partenerilor UB si CCO si-au gasit o buna aplicabilitate cu ajutorul experientei de productie tehnologica a partenerului Natural Ingredients. In plus, linia tehnologica dezvoltata in cadrul acestui proiect va permite largirea gamei de produse obtinute si comercializate de agentul economic.

In general, AromaVer a facut posibila o buna interconectare intre rezultatele obtinute de partenerii UB si CCO ca unitati de cercetare si cerintele pietii reprezentate de agentul economic. Acest proiect, prin structura sa (de tip Bridge) a reusit sa interconecteze mediul academic si cel industrial. Totodata, AromaVer a permis realizarea unui bun transfer de cunoastere din mediul de cercetare in cel al industriei aplicate.

Implicarea studentilor doctoranzi si masteranzi in echipele de cercetare ale partenerilor UB si CCO a constituit un alt aspect important al proiectului. Acesti studenti au beneficiat atat de un colectiv instruit in domeniul cercetarii stiintifice, cat si de o buna experienta in aplicarea rezultatelor cercetarii in mediul industrial.

Publicatii

1. A. Nicolescu, E. Georgescu, F. Dumitrascu, F. Teodorescu, C. Draghici, M.R. Caira, C. Deleanu, Tetrahedron, 2018, in press.

2. A. Neacsu, I. Contineanu, A. M. Sofronia, F. Teodorescu, D. Gheorghe, S. Perisanu, ChemPlusChem, manuscris under revision.

3. I.E. Castelli, S.G. Soriga, I.C. Man, The Journal of Chemical Physics, 149, 034704 (2018), doi: 10.1063/1.5029329.

Diseminare

1. C. Lite, M. Tudorache, Vasile I. Parvulescu, 14th Pannonian International Symposium on Catalysis, 3-7 September 2018, Stary Smokovec, Slovacia (poster).

2. M. Tudorache, C. Sora, 14th Pannonian International Symposium on Catalysis, 3-7 September 2018, Stary Smokovec, Slovacia (poster).

3. M. Tudorache, S. Ion, C. Opris, B. Cojocaru, I. Zgura, A.C. Galca, A. Bodescu, M. Enache, G.-M. Maria, V.I. Parvulescu, 4th Multistep Enzyme Catalysed Processes Congress, 19-22 martie, Trondheim, Norvegia (prezentare orala).