Weiße Biotechnologie

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Erdöl wird immer teurer und fossile Rohstoffe gehen langsam zur Neige. Die Nutzung nachwachsender Rohstoffe und nachhaltige Produktionsprozesse bieten alternative Lösungen. Besondere Bedeutung kommt der weißen oder industriellen Biotechnologie zu, bei der chemische Grundstoffe und Chemikalien oder Kraftstoffe mit biotechnologischen oder kombinierten Verfahren hergestellt werden.

Das Themengebiet der industriellen, weißen Biotechnologie wird am Fraunhofer IGB interdisziplinär von zwei Abteilungen bearbeitet. Im Mittelpunkt der Aktivitäten in der Abteilung Molekulare Biotechnologie (MBT) steht die Biotransformation, bei der entweder mit Mikroorganismen oder mit Enzymen Rohstoffe in verwertbare Produkte umgewandelt werden.

Seit mehr als 10 Jahren befassen wir uns mit dem Screening nach neuen, industriell nutzbaren Enzymen sowie mit der Optimierung und rekombinanten Herstellung dieser Enzyme. Das aus diesen Erfahrungen heraus entstandene Screening-Center hat bereits mehrere Projekte mit Firmen der chemischen und pharmazeutischen Industrie erfolgreich durchgeführt. Dabei kamen neben klassischen auch moderne metagenomische Screeningmethoden zum Einsatz.

Forschungsthemen

  • Biokatalysatoren: Neue Enzyme und Stammoptimierung
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  • Heterologe Expression technischer Enzyme
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  • Langkettige Dicarbonsäuren aus pflanzlichen Ölen
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  • Epoxide aus pflanzlichen Ölen
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  • Verwertung von Lignocellulose
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  • Gewinnung aromatischer Ligninmonomere
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  • Chitin - nachwachsender Rohstoff aus Krabbenschalen
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  • Metagenomisches Enzymscreening
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  • Biotenside – Herstellung und Optimierung
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Siehe auch:

Wissenswertes

  • Industrielle Biotechnologie: Ein Einblick
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Projekte

BioSurf - Neue Produktionsstrategie für Biotenside" (2011-2014)

Förderung
BioSurf ist ein Verbundprojekt im Rahmen des ERA-Net Industrielle Biotechnologie.

Partner

Projektkoordination:

  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB - Germany:
    Dr. Steffen Rupp
    Dipl.-Biol. (t. o.) Dipl.-Ing. (FH) Susanne Zibek

Partner:

  • Karlsruhe Institute of Technology - Germany:
    Prof. Christoph Syldatk
    Dr. Rudolf Hausmann 
  • c-LEcta GmbH - Germany:
    Dr. Thomas Greiner-Stöffele 
  • Flemish Institute for Technological Reserach - Belgium
    Prof. Ludo Diels
    Bert Lemmens
  • Tormans Engineering Noord BVBA - Belgium:
    Dr. Eddy Laeremans
  • Ecover Belgium NV - Belgium:
    Dirk Develter  
  • LISBP - France:
    Dr. Michael O'Donohue
    Dr. Regis Fauré 

Projekt-Website: http://www.biosurf.de

Innozym (2009-2012)

  • Förderung
    Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die Förderung des Projekts »Innozym- Entwicklung innovativer Prozesse zur effizienten Herstellung von Enzymen (Innozym)«, Förderkennzeichen AZ 0315510.
  • Partner
  • c-LEcta, Leipzig
  • Linde KCA, Dresden
  • InfraLeuna, Leuna
  • Universität Stuttgart, Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik, Stuttgart
  • Fraunhofer IGB, Stuttgart

Lignocellulose Bioraffinierie (2010-2013)

  • Förderung
    Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) für die Förderung des Projekts »Aufschluss lignocellulosehaltiger Rohstoffe und vollständige stoffliche Nutzung der Komponenten, Phase II (Lignocellulose-Bioraffinerie)«, sowie der Fachagentur nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
  • Partner
  • Bayer Technology Services, Leverkusen
  • DECHEMA e.V, Frankfurt
  • Dynea Erkner GmbH, Erkner
  • Evonik-Degussa GmbH, Marl
  • InfraLeuna, Leuna
  • Justus-Liebig-Universität Gießen, Gießen
  • Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe
  • Technische Universität Kaiserslautern, Kaiserslautern
  • Tecnaro GmbH, Ilsfeld-Auenstein
  • Universität Hamburg, Hamburg
  • Johann Heinrich von Thünen-Institut, Hamburg
  • Wacker Chemie AG, München
  • Fraunhofer IGB, Stuttgart

Integrierte Bioproduktion (2009-2012)

  • Förderung
    Das Verbundprojekt „Integrierte BioProduktion“ wird durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV), repräsentiert durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR), unter dem Förderkennzeichen 22027407 gefördert.

  • Partner
  • EUCODIS Bioscience GmbH, Wien
  • Dracosa AG, Bitterfeld-Wolfen
  • InfraLeuna GmbH, Leuna
  • Addinol Lube Oil GmbH, Leuna
  • DHW Deutsche Hydrierwerke GmbH Rodleben, Dessau-Roßlau
  • Umicore AG & Co. KG, Hanau-Wolfgang
  • Martin-Luther-Universität, Halle-Wittenberg
  • Universität Karlsruhe (TH), Karlsruhe
  • Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, Pfinztal
  • Taminco Germany GmbH, Leuna

PolyTe (2008-2011)

  • Förderung
    Dieses Forschungsvorhaben wurde innerhalb des Verbundrojektes „Polymere Tenside: Tenside aus nachwachsenden Rohstoffen mit optimierten Performance-Eigenschaften“ (-PolyTe-) durch das Bundeministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) repräsentiert durch die Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe unter der Leitung der Cognis GmbH gefördert.

  • Partner
  • Cognis, Düsseldorf
  • c-LEcta, Leipzig
  • Taros, Dortmund
  • IMET Forschungsinstitut Jülich, Jülich
  • IBOC Forschungsinstitut Jülich, Jülich
  • TU-Dortmund, Dortmund
  • Fraunhofer UMSICHT, Oberhausen
  • Fraunhofer IGB, Stuttgart
  • Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe

Leistungen

Stamm- und Enzymscreening

  • Untersuchung von terrestrischen, marinen und tierischen Habitaten
  • Screening über AnreicherungskulturenIsolierung von Stämmen
  • Anlegen und Untersuchen von Genombanken aus Mikroorganismen
  • Anlegen und Untersuchen von Metagenombanken aus Habitaten oder Mischpopulationen

Stammentwicklung

  • Herstellen von Vektoren (Fusionsproteine zur Aufreinigung, Sekretion, Immunassays)
  • Metabolic engineering: Ausschalten oder Verstärken von Genen
  • Überexpression von Enzymen in pro- und eukaryotischen Systemen

Bioprozesstechnik

  • Untersuchung von Aufschlussverfahren von Rohstoffen (Chitin, Lignocellulose) mit Kombinationen aus mechanischen, enzymatischen und Hochdruckverfahren (Organosolv, Aquasolv)
  • Entwicklung und Optimierung von Enzymkonversionsverfahren; Batchverfahren im Rührkessel oder kontinuierliche Verfahren in Festbettreaktoren
  • Fermentationsoptimierung durch Parametervariation (pH, Nährmedien, Rohstoffquellen) in Multifermentersystemen
  • Untersuchung und Optimierung von Batch und geregelten Fed Batch Verfahren zur Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute
  • Entwicklung von scale-up fähigen Fermentationsprozessen
  • Auftragsfermentation zur Herstellung von Biomasse, Enzymen oder Metaboliten bis zu 30-L-Maßstab unter S1- oder S2 Bedingungen
  • Entwicklung von Aufreinigungsverfahren (normal phase-Chromatographie, Fällung, Ausfällung, Lösemittelextraktion)

Ausstattung

Screening Geräte

  • Pick-Roboter
  • Screening Reaktoren (2-20-mL-Maßstab, 24fach-System)

Reaktoren und Prozesstechnik

  • Enzymreaktoren
  • Festbettreaktoren (Adsorber und immobilisierte Enzyme)
  • Aufschlussgeräte: Rührwerkskugelmühlen, Hochdruckreaktoren, Inline-Dispergierer
  • Multifermenteranlagen (1-L-Maßstab, 8fach-System, S2)
  • Kleinfermenter (bis zu 3 L-Maßstab, S2)
  • Technikumsfermenter (40-L-Maßstab, S2)
  • Prozessleitsystem zur Regelung von Fed Batch Prozessen mit Zufütterungsstrategien und RQ-Regelung (Abgasanalysatoren)
  • Säulenchromatographische Aufreinigung für unpolare Metabolite (normal phase)

Molekularbiologie

  • Thermocycler für PCR
  • Gelelektrophorese (native Gele, SDS-PAGE, Agarose)
  • Light cycler für qRT-PCR

Analytik

  • Automatische DC
  • HPLC mit RI- und ELSD-Detektoren
  • Multiplate-Reader

Publikationen

  1. Susanne Zibek, Sabine Huf, Wenke Wagner, Thomas Hirth und Steffen Rupp (2009) Fermentative Herstellung der a,w-Dicarbonsäure 1,18-Oktadecendisäure als Grundbaustein für biobasierte Kunststoffe. Chemie Ingenieur Technik 2009, 81(11): 1797-1808
  2. Daniel Ludwig, Manfred Amann, Thomas Hirth, Steffen Rupp, Susanne Zibek (2010) Weizenstroh – eine potentielle Rohstoffquelle für die chemische Industrie. Chem. Ing. Tech., No 9, 1597
  3. Daniel Ludwig, Manfred Amann, Thomas Hirth, Steffen Rupp, Susanne Zibek (2010) Stoffliche Nutzung von Lignocellulose- Detoxifikation von Aufschlusslösungen mit immobilisierter Laccase. GIT Labor Fachzeitschrift, 10, 765-767
  4. Daniel Ludwig, Manfred Amann, Thomas Hirth, Steffen Rupp, Susanne Zibek (2010) Laccase-katalysierte Detoxifizierung von löslichen Ligninabbauprodukten in vorbehandelten Lignocellulose-Hydrolysaten. Chem. Ing. Tech., 82, No 8, 1183-1189
  5. Michael Günther, Susanne Zibek, Thomas Hirth, und Steffen Rupp (2010)  Synthese und Optimierung von Cellobioselipiden und Mannosylerythritollipiden. Chem Ing Tech, 82, No 8, 1215-1221
  6. Michael Günther, Susanne Zibek, Thomas Hirth, und Steffen Rupp (2010) Mikrobielle Synthese von Biotensiden. BIOforum (2), 25-26
  7. Angela Gronen, Thomas Hirth, Steffen Rupp, Susanne Zibek (2010) Mikroorganismen zur stofflichen Nutzung von Strohhydrolysat. GIT Labor Fachzeitschrift, 11