Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundprojekt: Polymere Tenside aus nachwachsenden Rohstoffen mit optimierten Performance-Eigenschaften; Teilprojekt 6: Selektive enzymatische Hydrolysen

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT)
46047 Oberhausen
Osterfelder Str. 3
Kontakt
apl. Prof. Görge Deerberg
Tel: +49 208 8598-1107
E-Mail: goerge.deerberg@umsicht.fraunhofer.de
FKZ
22012408
Anfang
01.10.2008
Ende
30.09.2011
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Projektes ist die Entwicklung neuer biobasierter Tensidsysteme, die möglichst zu 100 % auf Basis nachwachsender Rohstoffe und über grüne Reaktionstechnik hergestellt werden sollen. Dazu ist geplant, pflanzliche Lipide intelligent mit Proteinen und Kohlenhydraten zu neuen polymeren "Biotensiden" zu verknüpfen. Die Nutzung einer Kombination von Nachhaltiger Chemie, Enzymkatalyse und Fermentation in enger Kopplung mit modernen Aufarbeitungstechnologien soll eine schnelle Umsetzung der Projektideen hin zu Produktmustern und Herstellprozessen gewährleisten. Die Zielprodukte sollen in hoher Qualität und Reinheit hergestellt werden, die auch kosmetischen Anforderungen genügen. Neben positiven Anwendungs- und Formulierungseigenschaften steht auch die gute biologische Abbaubarkeit der Zielprodukte im Fokus. Die Umweltverträglichkeit der Produkte soll über Life Cycle Assessment Studien verifiziert werden. Im Teilvorhaben 6 sollen für die selektive enzymatische Hydrolyse von Polysacchariden und Proteinen die notwendigen Verfahrensschritte für Rohstoffaufbereitung, Biotransformation und Produktaufarbeitung definiert sowie Produktmuster synthetisiert und für nachfolgende Teilvorhaben bereitgestellt werden. Geplante Arbeiten umfassen dabei: - Rohstoffauswahl und Aufarbeitung- Enzymscreening verschiedener kommerziell verfügbarer Enzyme und Auswahl- Durchführung der enzymatischen Hydrolyse und Optimierung- Aufbereitung des Produktes- Durchführung von Mustersynthesen- Untersuchungen zur Prozessintensivierung.
Ergebnisdarstellung
Im Verbundvorhaben wurden biobasierte Tenside wie Oligosaccharid-basierte Tenside, Alkylpolyglykoside, Sophoroselipid-Derivate, Peptid-basierte Tenside und Glukose- sowie Ethylglukose-basierte Acyl- und Acrylderivate untersucht und weiterentwickelt. Für die Herstellung der möglichst vollständig auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellten Tenside wurden heimische Pflanzenöle (insbesondere Rapsöl), Di- und Polysaccharide (insbesondere Zuckerrüben und Mais) sowie Proteine (insbesondere Weizen und Mais) eingesetzt und zu deren Konversion vorrangig enzymatische bzw. mikrobielle Methoden angewendet. Im Teilvorhaben wurden für die verschiedenen Produkte (Proteinbasierte Tenside und Oligosaccharidbasierte Tenside) die möglichen Rohstoffquellen und Enzymsysteme ermittelt und einem Screening-Test unterzogen. Die hierzu erforderliche Analytik wurde erarbeitet und etabliert. Bei den Proteinbasierten Tensiden wurden mit der verwendeten SDS-Gelelektrophorese die Molekulargrößenverteilung der Proteinhydrolysate bestimmt und die Enzyme bzw. Enzymkombinationen ermittelt, die die gewünschte Molekülgrößenverteilung im Hydrolysat erzielen. Bei den Oligosaccharidbasierten Tensiden erfolgte die Molekulargrößenverteilung mittels Gelpermeationschromatographie. Es wurden für die untersuchten Substrate die Enzyme und die Prozessbedingungen ermittelt, die eine möglichst enge Verteilung der Molekulargröße erzielen. Anschließend erfolgte auf Basis der Screeningtests für beide Tensidsysteme die Prozessentwicklung. Während der Prozess zur Herstellung von Oligosacchariden im Wesentlichen die beiden Schritte Hydrolyse und Cross-Flow-Filtration umfasst, ist bei der Proteinhydrolyse zusätzlich ein Vorbehandlungsschritt zur Abtrennung störender Zuckerbestandteile erforderlich. Es konnte gezeigt werden, dass hierfür die Lösungsmittelfällung mit anschließendem Wasch- und Filtrationsschritt eine geeignete Verfahrenskombination darstellt.

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