Etablierung und Scale-up von technischen Enzymprozessen

Enzymatische Biotransformationen erfolgen häufig in wässrigem Medium unter sehr milden Reaktionsbedingungen und sind daher mit einem niedrigen Energieverbrauch verbunden. Darüber hinaus verfügen Enzyme über eine hohe Selektivität, sodass während der Umsetzung in der Regel keine unbekannten Nebenprodukte entstehen. Das Produkt ist in einem nachgeschalteten Prozess aufzureinigen und aufzukonzentrieren (Downstream Processing). Oft kann dieser Prozess bereits während der Verfahrensentwicklung durch die geeignete Auswahl der Reaktionsbedingungen vereinfacht werden. Die Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute kann durch gezielte Verfahrensoptimierung, aber auch durch Modifikation und Optimierung der Biokatalysatoren erfolgen.

Das Fraunhofer IGB adressiert genau diese Gesichtspunkte bei der Etablierung technischer Enzymprozesse und kombiniert Erfahrungen bei der Entwicklung und Optimierung enzymkatalysierter Reaktionen mit Kompetenzen im Bereich der Produktaufarbeitung (Downstream Processing) und Biokatalysatorentwicklung. Der Fokus liegt dabei stets auf der Entwicklung skalierbarer Prozesse. Daher werden bereits in der Entwicklungsphase, beispielsweise bei der Etablierung einer enzymatischen Konversion im Rührreaktor, geeignete Rührer zur Erfüllung der entsprechenden Rühraufgabe ausgewählt, geeignete Kriterien zur Maßstabsvergrößerung festgelegt und Prozessbedingungen im Hinblick auf eine spätere Umsetzung im Pilotmaßstab definiert. Die am Fraunhofer IGB ausgelegten hochskalierten Prozesse können an unserem Institutsteil in Leuna, dem Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP, oder bei Projektpartnern und Kunden durchgeführt werden.

Forschungsschwerpunkte

Herstellung von Triglyzerid- und Fettsäure-Epoxiden

Verzuckerung von Lignocellulose

Enzymatische Modifikation von Lignin

Enzymatische Detoxifizierung von Lignocellulose-Aufschlusslösungen

Enzymatische Konversion von Chitin

Referenzprojekte

SUSBIND – Entwicklung und Herstellung von nachhaltigen Bio-Bindemitteln für Holzwerkstoffplatten

Laufzeit: Mai 2018 – April 2022

Das SUSBIND-Projekt entwickelt, produziert und testet biobasierte Bindemittel als Alternative zu den derzeit für Holzwerkstoffplatten in den Möbelprodukten verwendeten, oftmals formaldehydhaltigen Bindemitteln auf fossiler Basis.

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Lignoplast – Funktionalisierung von Lignin-Bruchstücken mithilfe oxidativer Enzyme

Laufzeit: Juli 2013 – Dezember 2016

Ziel des Projektes Lignoplast ist die Entwicklung von Klebstoffen, Lacken, Polyurethanen und Epoxiden auf Basis von chemisch und enzymatisch modifizierten Ligninen.

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PhosFarm – Rückgewinnung von anorganischem Phosphat durch enzymatische Spaltung organischer Phosphatester

Laufzeit: Januar 2013 – Januar 2015

PhosFarm als interdisziplinäres europäisches Projekt hat es sich zum Ziel gemacht, Phosphat in anorganischer Form aus den landwirtschaftlichen Reststoffen und zusätzlich aus Abfällen der  Nahrungsmittelindustrie zu gewinnen.

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BioConSepT – Chemo-enzymatische Epoxidierung pflanzlicher Öle

Laufzeit: Januar 2012 – Dezember 2015

Mit dem EU-geförderten Projekt BioConSepT wird die Verwertung von Rohstoffen der zweiten Generation zur Herstellung von biobasierten Polymeren untersucht.

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Lignocellulose-Bioraffinerie – Enzymatische Hydrolyse von vorbehandelten Lignocellulose-Fasern und enzymatische Detoxifikation von Aufschlusslösungen mit Laccasen

Laufzeit: Januar 2010 – Dezember 2013

Das Ziel dieses Vorhabens war es, einen Prozess zur vollständigen stofflichen Nutzung aller Komponenten der Lignocellulose durch Gewinnung von biobasierten Produkten auf Cellulose-, Hemicellulose- und Ligninbasis innerhalb  einer Bioraffinerie zu entwickeln und zu etablieren.

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Integrierte BioProduktion – Integrierte chemisch-biotechnologische Herstellung von Synthesebausteinen auf Basis nachwachsender Rohstoffe in einer Bioraffinerie

Laufzeit: Januar 2009 – Dezember 2012

Die Steigerung des Einsatzes nachwachsender Rohstoffe, vor allem heimischer pflanzlicher Öle, zur Herstellung von Synthesebausteinen für die chemische Industrie unter Verwendung chemischer und biotechnologischer Konversionsmethoden steht im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten.

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