Identifikacija okoljskih žarišč in strategij za izboljšanje proizvodnje vanilina z oceno življenjskega cikla.

UVOD

Vanilin (4-hidroksi-3-metoksi benzaldehid) je pomembna aromatska spojina. Uporabljamo ga v farmacevtski, kozmetični in živilski industriji. Je intermediat pri sintezi arom, deodorantov in krem za sončenje. Vanilin lahko naravno pridobimo iz strokov vanilije (manj kot 0,2% svetovnega povpraševanja) ali pa s pomočjo sinteze, ki predstavlja večinski delež proizvodnje [1]. V študiji želijo s pomočjo ocene življenjskega cikla (LCA) zmanjšati potencialno negativne vplive proizvodnje vanilina na okolje. Osredotočili so se na 4 različne postopke sinteze. Na podlagi pridobljenih rezultatov so predlagane izboljšave za trajnosten in okolju prijazen način proizvodnje vanilina [2].

PROIZVODNJA VANILINA IN REZULTATI

2.1 SINTEZA VANILINA Z 2-BROMO-4-METIL FENOLOM

Sinteza poteka v štirih korakih. Tekom sinteze se porabi ogromno električne energije zaradi oksidacijskih reakcij. Ki zahtevajo neprekinjeno delovanje črpalk. Prav tako se tekom oksidacije porabi veliko energije za vzdrževanje temperaturnih pogojev in visokega tlaka [2].

2.2. SINTEZA VANILINA Z GVAJAKOLOM

Sinteza poteka v 4 korakih. Ozko grlo procesa je v tretjem koraku, ko se uporabi natrijev hidroksid ali klorovodikova kislina za ohranitev alkalnega ali kislega okolje. V tem koraku je potrebno tudi veliko število organskih topil (toluen, etil acetat). Omejeni organski topili povzročata draženje in lahko toksično vplivata na ljudi. Dosedanje študije so pokazale, da je ena glavnih pomanjkljivosti gvajakolskega procesa ta, da ustvarja številne stranske produkte in odpadke [2].

2.3. BIOSINTEZA VANILINA Z IZOEVGENOLOM (Pichia pastoris)

V tem procesu so gen za izoevgenol monooksidazo kloniran iz metagenomske DNA iz tal in heterologno izrazili v Pichia pastoris. Izoevgenol monooksigenaza je ključni encim za pretvorbo izoevgenola v vanilin. Biosinteza poteka v petih stopnjah. Zaradi stroge specifičnosti encimske reakcije nastane manj stranskih produktov kot pri drugih sintezah [2].

2.4. BIOSINTEZA VANILINA S FERULNO KISLINO (Pseudomonas fluorescens)

Za razvoj robustne bakterije, ki lahko proizvede velike količine vanilina so gen za vanilin dehidrogenazo (vdh) pri sevu Pseudomonas fluorescens BF13 inaktiviral s ciljno mutagenezo. Tekom procesa se porabi veliko energije in ultra čiste vode. Priprava ultra čiste vode je zapletena in vključuje številne tehnologije čiščenja, kot je adsorpcijska filtracija, reverzna osmoza in ionsko izmenjava. Ta postopek sprošča tudi različne okodljive spojine v zrak, podtalnico in površinsko vodo, kar povzroča precejšen pritisk na okolje [2].

ZAKLJUČEK

Ocena življenjskega cikla je v tej študiji upoštevala le vplive na okolje. Predlagane izboljšave temeljijo predvsem na uporabi destilirane ali industrijske vode tekom vseh štirih opisanih postopkov proizvodnje vanilina. Prav tako, lahko zmanjšamo negativni vpliv na okolje z izbiro alternativnih virov energije (zemeljski plin, sončna, veterna energija) namesto premoga. Ker se vanilin proizvaja v komercialne namene je v oceno življenjskega cikla potrebno všteti še stroške surovin, ceno opreme in obratovalnega cikla. S tem bi oceno življenjskega cikla za sintezo vanilina izpopolnili.

VIRI

[1] Martău G.A. et al. Bio-vanillin: Towards a sustainable industrial production (2021). Trends in food science and technology. Volume 109, stran 579-592.

[2] Y. Zhao et. al. Identifying environmental hotspots and improvement strategies of vanillin production with life cycle assessment (2021). Science of the total environment, stran 769.