Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Gewinnung von Milchsäure sowie 1,2-Propandiol aus Grassilage

Anschrift
Technische Universität Kaiserslautern - Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik - Lehrgebiet Bioverfahrenstechnik
67663 Kaiserslautern
Gottlieb-Daimler-Str., Geb. 44/519
Kontakt
Prof. Dr Roland Ulber
Tel: +49 631 205 4044
E-Mail: ulber@mv.uni-kl.de
FKZ
22018512
Anfang
01.02.2013
Ende
31.07.2014
Aufgabenbeschreibung
In einem Vorgängerprojekt (22025407) wurde die Nutzung von Grassilage für die Herstellung von Ethanol als Biokraftstoff untersucht. Im hier beantragten Projekt soll die Produktion weiterer Produkte mit höherer Wertsteigerung, insbesondere von racemischer Milchsäure, die in Folgeprozessen eingesetzt werden kann, untersucht werden. Ein Beispiel für einen solchen Milchsäure-Folgeprozess ist die Gewinnung von 1,2-Propandiol. Es sollen die im vorangegangenen Verbundprojekt entwickelten Verfahren, insbesondere jene zur Hydrolyse von Silagepresskuchen und zur Aufarbeitung von Milchsäure, weiter optimiert sowie die Fermentation der Hydrolysate zu Milchsäure untersucht werden. Diese soll anschließend mit von der ThyssenKrupp Uhde GmbH entwickelten Verfahren aufgearbeitet und zu 1,2-Propandiol umgesetzt werden. Bei erfolgreichem Abschluss der hier beantragten Arbeiten besteht seitens der ThyssenKrupp Uhde GmbH prinzipielles Interesse an einer gemeinsamen Fortführung der Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der biotechnologischen Silagenutzung. Ausgehend von Grünschnitt wird eine Optimierung der Silierung zur Erhöhung des Milchsäuregehaltes angestrebt. Durch eine optimierte Hydrolyse der Silage und Etablierung einer spektrometrischen Prozessüberwachung erfolgt anschließend die weitere Fermentation der Hydrolysate zu Milchsäure, die nach der Aufarbeitung zu 1,2-Propandiol umgesetzt wird. Mittels Feststofffermentationen sollen hohe Substratkonzentrationen erzielt werden.
Ergebnisdarstellung
Im Rahmen des Forschungsprojektes konnte ein Verfahren zur Gewinnung von Milchsäure aus Grassilage erfolgreich etabliert werden. Die nahezu vollständige Umwandlung der fermentierbaren Zucker in der Silage zu Milchsäure konnte durch die entwickelte Methodik erreicht werden. Die Silage wurde hierbei in Silage-Presssaft und -Presskuchen fraktioniert. Der Silage-Presskuchen konnte nach Liquid-Hot-Water (LHW)-Vorbehandlung entweder in Form einer getrennten Verzuckerung und Fermentation oder in einer simultanen Verzuckerung und Fermentation zu Milchsäure mittels Lactobacillus delbrueckii sp. lactis umgesetzt werden, wobei Letzteres zu bevorzugen ist. Maßgeblich für die Auswahl des Prozesses ist dessen wirtschaftliche Beurteilung. Durch die thermische Vorbehandlung konnte hierbei die Enzymbeladung deutlich gesenkt werden. Überdies konnten komplexe Medienbestandteile komplett durch die Rückführung des Silagepresssaftes zur Fermentation ersetzt werden. Neben der Grasssilage wurde der Einsatz von Buchenholz untersucht. In Erweiterung der LHW-Vorbehandlung zur Extraktion der Hemicellulose wurde eine Organosolv-Behandlung zur Gewinnung des Wertstoffes Lignin nachgeschaltet. Mit steigenden Extraktionstemperaturen sowie dem katalytischen Zusatz anorganischer Säuren wie H3PO4 und H2SO4 konnte der Gehalt an Cellulose und damit die enzymatische Hydrolysierbarkeit gesteigert werden. Die Abtrennung und Isolierung der Milchsäure aus dem komplexen Säuregemisch konnte mittels Extraktion mit Tri-n-Octylamin und nachfolgender Destillation des gewonnenen Extraktes etabliert werden.

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