Untitled - Aachener Verfahrenstechnik
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Die AVT.BioVT hat sich in den letzten Jahren<br />
unter anderem mit den neuen Herausforderungen<br />
des Rohstoffwandels in der <strong>Verfahrenstechnik</strong><br />
beschäftigt. Pflanzen sind dabei in zweierlei<br />
Hinsicht interessant: Zum einen können sie als<br />
nachwachsender Rohstoff für die Industrie dienen,<br />
zum anderen aber auch als hoch spezialisierte<br />
Produzenten von pharmazeutischen Proteinen.<br />
Plattformchemikalien aus regenerativen<br />
Rohstoffen<br />
Regenerative Rohstoffe werden zunehmend von<br />
der stoffwandelnden Industrie genutzt. Auch in<br />
Aachen wird intensiv im Exzellenzcluster „Tailor-<br />
Made Fuels from Biomass (TMFB)“ an der Verwertung<br />
von Biomasse geforscht. Für grüne Biomasse,<br />
die primär aus Cellulose besteht, ist eine<br />
direkte Fermentation zu der Plattformchemikalie<br />
Itakonsäure geplant. Diese Dicarbonsäure<br />
wird bisher unter anderem in der Kunststoffindustrie<br />
eingesetzt und soll im TMFB die Vorstufe<br />
eines neuartigen maßgeschneiderten Kraftstoffs<br />
bilden. Vor der eigentlichen Fermentation muss<br />
allerdings erst die Cellulose in ihre Glucose -<br />
Untereinheiten gespalten werden. In der Natur<br />
Abb.3: BioLector<br />
geschieht dies durch eine Kombination von mehreren<br />
Enzymen, die erst in ihrem Zusammenspiel<br />
ihre größte Wirksamkeit entfalten. In der<br />
AVT.BioVT wurde daher zuerst nach einer Methode<br />
gesucht, den Abbau möglichst genau charakterisieren<br />
zu können. Die Wahl fiel dabei auf<br />
die BioLector-Technologie, die auf der Streulichtmessung<br />
basiert und Aussagen über die Abbaugeschwindigkeit<br />
der Cellulose im Mikrolitermaß-<br />
Bioverfahrenstechnik<br />
stab ermöglicht (Abb.3). Auf diese Weise konnten<br />
auch die einzelnen Enzyme detailliert untersucht<br />
werden. Die so gewonnenen Erkenntnisse<br />
sollen später dazu eingesetzt werden, diese Enzyme<br />
gezielt zu optimieren und eine geeignete<br />
Enzymmischung zu finden. Nach der Hydrolyse<br />
schließt sich die Fermentation an, für die der Pilz<br />
Ustilago maydis ausgewählt wurde. Dieser natürliche<br />
Produzent von Itakonsäure wurde zuerst<br />
ausführlich im Schüttelkolbenmaßstab charakterisiert,<br />
um den Einfluss von pH-Wert, Osmolarität<br />
und Zweitsubstratlimitierungen abschätzen<br />
zu können. Anschließend wurde der Prozess in<br />
Abb.4: Biomembranreaktor<br />
den Bioreaktor übertragen, wo vergleichbare Atmungsaktivitäten<br />
und Produktionsraten erzielt<br />
wurden. In einem Biomembranreaktor (Abb.4)<br />
werden aktuell die Möglichkeiten einer kontinuierlichen<br />
Fermentation mit Zellrückhalt zur Steigerung<br />
der Produktivität untersucht, wobei in<br />
einer engen Kooperation auf die Erfahrungen<br />
der AVT.CVT in der Membrantechnik zurückgegriffen<br />
werden kann. In der Zukunft ist die Verbindung<br />
von Celluloseabbau und Itakonsäurefermentation<br />
in einem synergistischen Prozessschritt<br />
geplant, um so einen wichtigen Schritt zur<br />
direkten Fermentation von grüner Biomasse abzubilden.<br />
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7 Bioverfahrenstechnik Rührkessel - Die AVT im Blick