Dr. Wolfgang Wach
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30.06.2007

Im Rahmen Projekts erfolgte eine gezielte Optimierung der biotechnologischen Erythruloseproduktion. Durch das Herabsetzten der Temperatur und des pH-Wertes konnte bei Versuchen im Fermentermaßstab eine erhebliche Steigerung der Produktivität erzielt werden. Die dabei erreichten Produktkonzentrationen von ca. 180 g/L lagen deutlich über den bisher in der Literatur für Batch-Prozesse mit komplexeren Medien beschriebenen Werten, welche maximal 140 g/L betrugen. Gluconobacter sp. ließ sich unter Erzielung hoher Biomassegehalte und Produktkonzentrationen auf einem Medium kultivieren, welches zuvor für die biotechnologische Produktion von Erythrit genutzt wurde. Da bisher nur hochreine Edukte verwendet wurden, ergibt sich durch den Wegfall von Hefeextrakt und Salzen die Möglichkeit eines sehr kostengünstigen kombinierten Prozesses. Es wurde festgestellt, dass die Biomasse- und Produktbildung mit steigender Substratkonzentration sinken und hohe Produktkonzentrationen toxisch für die Zelle sind. Gluconobacter sp. CD1204. konnte erfolgreich in Natriumalginat-Kugeln immobilisiert werden. Das Immobilisat stellte ein gutes Inokulum dar, welches über mehrere Zyklen hinweg zu konstanten Produktkonzentrationen führte. Mittels Fed-Batch-Verfahren konnte eine sehr hohe Produktkonzentration erreicht und gleichzeitig eine Limitierung durch hohe Substratkonzentrationen vermieden werden. Die erzielte Produktkonzentration von 235 g/L liegt ca. um 100 g/L über den bisher veröffentlichten Werten. Die Aufreinigung der Erythrulose mittels Ionentauschern und Aktivkohle, sowie Wasserabtrennung im Ölpumpenvakuum wurden erfolgreich durchgeführt. Es wurde ein klarer Sirup mit 80 %-igem Erythruloseanteil erhalten.

Das Ziel des Vorhabens ist das Scale up des in TV 1 (Katalysatorscreening und Prozessentwicklung) entwickelten Prozesses zur Herstellung von Erythrulose mit freien und immobilisierten Zellen. Die grundlegenden Daten für eine Überführung des Prozesses in einen industriellen Maßstab sollen ermittelt werden. Die Erythrulose haltige Produktlösung soll aufgearbeitet werden und die Erythrulose in eine lagerfähige Form überführt werden. Weiterhin soll im Rahmen des Projektes eine leistungsfähige Analytik entwickelt werden, die die gleichzeitge Bestimmung von Substrat und Produkt ermöglicht. Für das Scale up des Prozesse kommen Fermenter unterschiedlicher Größe und Bauart zum Einsatz. Durch den Vergleich zwischen diesen Fermentern kann durch Scale up-Modelle (Ähnlichkeitstheorie) eine Vorhersage für die zu erwartenden Prozessgrößen im industriellen Maßstab getroffen werden. Das im Projekt gewonnene Wissen kann zum Aufbau einer Produktionsanlage in Deutschland verwandt werden. Die Erkenntnisse aus dem Projekt können auch in andere Bereiche der Biokonversion übertragen werden und dort gewinnbringend eingebracht werden.