Optimierung und Scale-up der fermentativen Herstellung von Plattformchemikalien und Biotensiden

Die biotechnologische Herstellung von Plattformchemikalien und Biotensiden bietet neben milden Reaktionsbedingungen und hoher Spezifität auch den Vorteil, Substrate auf Basis nachwachsender Rohstoffe einzusetzen. Die Produktvielfalt ist aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Mikroorganismen nahezu unerschöpflich und auch durch chemische Synthese schlecht zugängliche Produkte können gewonnen werden. In unserer Arbeitsgruppe zählen dazu organische Säuren wie Äpfel- und Itakonsäure sowie Furan- und andere Dicarbonsäuren.

Des Weiteren besitzen wir seit vielen Jahren eine große Expertise in der mikrobiellen Biotensidherstellung. Verschiedene Brandpilze der Gattungen Ustilago sp. und Moesziomyces sp. sekretieren natürlicherweise die Biotenside Mannosylerythritollipid (MEL) und Cellobioselipid (CL), so dass diese aus dem Nährmedium extrahiert werden können. Charakterisierungen von verschiedensten MEL- und CL-Varianten zeigen ein breites Anwendungspotential z. B. als Reinigungsmittel, in Kosmetika oder als Emulgatoren.

In unseren Laboren etablieren wir Fermentationsprozesse für Bakterien- und Hefekultivierungen vom Labor- bis in den Technikumsmaßstab. Die dimensionsanalytische Maßstabsübertragung nutzen wir auch, um Fermentationen im Pilotmaßstab auszulegen. Diese ausgelegten skalierten Prozesse können in der eigenen Pilotanlage am Fraunhofer CBP oder bei Projektpartnern und Kunden durchgeführt werden. Wann immer möglich, nutzen wir nachwachsende Rohstoffe wie Lignocellulose-basierte Zuckerlösungen oder Pflanzenöle als Substrat im Nährmedium.

• Auswahl und Optimierung der Biokatalysatoren
• Entwicklung geeigneter Konversionsprozesse im Labormaßstab
• Übertragung der Konversionsprozesse in den Technikums- bis m³-Maßstab.

Innerhalb der Prozessentwicklung betrachten wir alle relevanten Parameter, etwa Temperatur, pO₂, OUR, CER und RQ oder die Zusammensetzung des Mediums und etablieren perfekt abgestimmte Mineralsalzmedien und Fütterungsstrategien (repeated-batch, fed-batch oder kontinuierliche Kulturführung). Auf der Grundlage einer statistischen Bewertung aller Prozessparameter überführen wir den optimalen Prozess zunächst vom Schüttelkolben in den Fermenter (Scale-over) und dann in den Technikums- und Pilotmaßstab (Scale-up). Auch die Aufreinigung der Produkte wird optimiert.