Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundprojekt: Polymere Tenside aus nachwachsenden Rohstoffen mit optimierten Performance-Eigenschaften; Teilprojekt 8: Fermentative Hestellung von Biotensiden

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB)
70569 Stuttgart
Nobelstr. 12
Kontakt
Dr. rer. nat. Steffen Rupp
Tel: +49 711 970-4045
E-Mail: steffen.rupp@igvt.uni-stuttgart.de
FKZ
22012608
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 Rahmen des TP sollen unterschiedliche biobasierte Tensidstrukturen (Glykolipide: Cellobiose- und Mannosylerithryollipid) über fermentative Prozesse aus Ustilago maydis hergestellt werden. Die am IGB zu entwickelnden Prozesse umfassen Entwicklung von Analysenmethoden und des fermentativen Biotransformationsprozesses (proof of concept) sowie des anschließenden Downstream Prozesses zur Aufreinigung der Biotenside. Im Weiteren soll durch Optimierung der Bioprozessführung die Raum- und Zeitausbeute zur Herstellung der Glykolipide erhöht werden.
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 die Kultivierungsparameter der CL-Synthese mit dem Deletionsstamm von Ustilago maydis optimiert. Dazu gehörten die Kultivierungsmethode, Wachstumsphase, pH-Wert, N-Quelle, C-Quelle, Zelldichte und Substratkonzentration. Infolgedessen konnte die Produktkonzentration auf über 25 g/L oberhalb der Literaturwerte gesteigert werden. Der Ustilago maydis-MEL-Produzent lieferte eine Produktkonzentration von 7 g/L mit Glucose als C-Quelle. Mit dem effizienteren MEL-Produktionsorganismus P. aphidis wurden daraufhin ebenfalls unterschiedliche Kultivierungs- und Fütterungsstrategien untersucht und ein umfangreiches Substratscreening durchgeführt. Durch Produktabführung wurde eine deutliche Steigerung der Produktbildungsrate erreicht. Produktkonzentrationen von über 100 g/L MEL sind mit P. aphidis möglich. In der zweiten Hälfte der Projektlaufzeit erfolgte die Etablierung und Optimierung von Aufreinigungsverfahren für CL und MEL. Um CL-Mustersubstanzen mit einer Reinheit von über 97 % zu erhalten wurde ein mehrstufiges Extraktionsprotokoll etabliert. Eine parallel entwickelte alternative Methode ermöglichte die lösungsmittelfreie Extraktion unter Erzeugung partiell hydrolysierter CL mit erhöhter Wasserlöslichkeit. Zur Aufreinigung der MEL wurde ein Extraktionsprotokoll unter Verwendung grüner Lösungsmittel etabliert.

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