Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund: Integrierte chemisch-biotechnologische Herstellung von Synthesebausteinen auf Basis nachwachsender Rohstoffe in einer Bioraffinerie; Teilvorhaben 7: Katalysatorentwicklung und Gewinnung von Synthesebausteinen

Anschrift
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg - Naturwissenschaftliche Fakultät I - Institut für Pharmazie - Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie
06120 Halle (Saale)
Wolfgang-Langenbeck-Str. 4
Kontakt
Prof. Dr. Markus Pietzsch
Tel: +49 345 55-25949
E-Mail: markus.pietzsch@pharmazie.uni-halle.de
FKZ
22001609
Anfang
01.05.2009
Ende
31.10.2014
Aufgabenbeschreibung
Das Projekt ist getragen von der Vision der Integrierten Verbundproduktion auf Basis nachwachsender Rohstoffe und der durchgängigen Entwicklung vom Labor- bis zum Produktionsmaßstab. Dieser Ansatz ist neuartig und wurde bisher noch nicht realisiert. Die durchgängige Entwicklung von Prozessen und Verfahren zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe vom Labor- bis zum Produktionsmaßstab in einer Bioraffinerie ist ein entscheidender Faktor für die erfolgreiche Umsetzung des vorgeschlagenen Konzeptes. AP2: Entwicklung von Produktionsstämmen für die Enzymproduktion und die biochemische ?-Funktionalisierung, Entwicklung von Verfahren zur Herstellung der chemischen und biologischen Katalysatoren, Immobilisierung der chemischen und biologischen Katalysatoren.AP3: Enzymscreening, Untersuchung und verfahrenstechnische Optimierung der vollständigen und partiellen enzymatischen Fettspaltung, Enzymscreening, Untersuchung und verfahrenstechnische Optimierung der regioselektiven Fettspaltung.AP4: Screening, Untersuchung und verfahrenstechnische Optimierung der biochemischen Epoxydierung von Fettsäuren und -estern zur Herstellung von Epoxyden. Die zu erwartenden Ergebnisse bilden die Grundlage für eine großtechnische Produktion von Biokatalysatoren, sowie deren Einsatz für stoffwandelnde Prozesse. Auf der Basis der ermittelten Daten können die Partner verläßliche Kostenberechnungen erstellen.
Ergebnisdarstellung
Im Forschungsverbund "Integrierte BioProduktion" haben insgesamt 15 Projektpartner zusammengearbeitet. Im Teilvorhaben 7 wurde in der 1. Projektphase die Entwicklung von Stämmen und Verfahren zur Herstellung verschiedener Lipasen untersucht. Die Auswahl geeigneter Lipasen erfolgte auf Grundlage der Screening-Ergebnisse der Projektpartner Eucodis und Fraunhofer IGB. Zur Produktion der 3 ausgewählten Enzyme wurde ein E. coli - basiertes Expressionssystem eingesetzt. Nachdem die Lipasen aktiv im Schüttelkolben-Maßstab (0,5 L) produziert werden konnten, wurde die Produktion in Form eines Fed-Batch-Prozesses auf den Bioreaktor übertragen. Das anschließende Scale-Up des Fermentationsverfahrens erfolgte im eigenen Haus bis in 50 L - Maßstab. Die im Labormaßstab gewonnen Daten lieferten die Grundlage für die weitere Maßstabsvergrößerung des Prozesses am Fraunhofer CBP. Zur Reinigung der Zielenzyme wurde der vorliegende C-terminale Poly-Histidin-Tag verwendet. Die während der Säulenchromatographie auftretende Präzipitation konnte durch Anwendung eines Batch-Adsorptions- /-Desorptionsverfahrens deutlich verringert werden. Innerhalb der zweiten Phase des Projektes wurde die Immobilisierung ausgewählter Lipasen genauer untersucht. Der Fokus lag dabei auf der Umsetzung einer zielgerichteten Kopplung, um die Orientierung der Enzyme auf dem Trägermaterial beeinflussen zu können. Zu diesem Zweck wurden in Kooperation mit dem Projektpartner Eucodis verschiedene Lipase-Mutanten generiert. Die Kopplung der Enzyme erfolgte sowohl mit rein chemischen als auch mit enzymatischen Methoden. Hierzu wurden neben proteinogenen Amino- und Thiolgruppen auch Glutaminreste verwendet. Zusätzlich wurde die Lipase-Immobilisierung über den zur Reinigung eingesetzten Poly-Histidin-Tag untersucht. Die dabei erzeugten Immobilisate konnten wiederholt zur Hydrolyse des Modellsubstrates p-Nitrophenylpalmitat eingesetzt werden. Es wurden Restaktivitäten nach 10 Reaktionszyklen von bis zu 93 % erhalten.

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