Technische Mikrobiologie

Gegenstand der Arbeitsgruppe »Technische Mikrobiologie« ist die Entwicklung biotechnischer Prozesse zur Herstellung oder Wiedergewinnung von industriell relevanten Wertstoffen, wie Basischemikalien, Feinchemikalien, biogenen Materialien, aber auch beispielsweise metallischen Rohstoffen.

Die Prozesse basieren auf der biologischen Aktivität von Mikroorganismen, insbesonderen anaeroben Bakterien oder Enzymen. Die Prozessentwicklung schließt je nach Fragestellung und Anwendungsfall die Anreicherung und Isolierung geeigneter Bakterien, Identifikation und Reinigung von technisch einsetzbaren Enzymen, Entwicklung neuer Reaktorkonzepte und biotechnischer Prozesse im Labor- und Technikumsmaßstab sowie Produktaufarbeitung (Downstream Processing) ein.

Ausgangsmaterialien sind nachwachsende Rohstoffe, vor allem aber organische Reststoffe aus der Landwirtschaft, der Agrarindustrie, Lebensmittel-, Genussmittel-, Papier-, Pharma- und Chemischer Industrie sowie der Abfallwirtschaft. Der Fokus liegt auf Reststoffströmen, die bisher nicht wertschöpfend verwertet werden und/oder eine Umweltbelastung darstellen.

Forschungsthemen

Anaerobe biotechnische Prozesse

Mithilfe von Bakterien werden vorwiegend in anaeroben Prozessen Basischemikalien wie Milchsäure, Ethanol, Propandiol, Ethylen aus definierten industriellen Reststoffströmen wie z. B. Molke oder aus der Cellulose- oder Hemicellulosefraktion aus der Lignocellulose-Bioraffinerie hergestellt.

Gasförmige Substrate

Gase wie Biogas oder Synthesegas werden als Substrat verwendet, um Basischemikalien oder Biopolymere wie Polyhydroxyfettsäuren herzustellen. Bei der Verwertung von Biogas (Gemisch aus Methan und CO2) kommen methanotrophe, also aerobe Mikroorganismen zum Einsatz, bei der Verwertung von Synthesegas (Gemisch aus CO und H2) anaerobe Bakterien.

Enzymtechnische Prozesse

Technische Enzyme, die am Fraunhofer IGB entwickelt wurden, dienen beispielsweise zur Herstellung von Basischemikalien wie Formaldehyd, Methanol, Ameisensäure, Methylformiat aus Biogas. Das Zwischenprodukt Formaldehyd kann sowohl enzymtechnisch als auch in Kooperation mit Projektpartnern chemisch katalytisch hergestellt werden.

Echtzeit-Massenspektrometer

In der Gruppe »Technische Mikrobiologie« wurde eine Messtechnik entwickelt, durch die mithilfe eines Massenspektrometers flüchtige Substanzen in Gasphase und Flüssigphase gleichzeitig online quantitativ gemessen werden können. Diese Messtechnik wird an vielfältige industrielle Prozesse angepasst und weiterentwickelt.

Gewinnung und Wiedergewinnung von metallischen Rohstoffen mithilfe biologischer Prozesse

Durch Bioleaching oder Biolaugung werden mithilfe von Bakterien Metalle aus Abraumhalden oder Abfällen mobilisiert. In der Gruppe »Technische Mikrobiologie« liegt der Schwerpunkt jedoch auf der Gewinnung von gelösten Metallen durch biologische Prozesse wie Biosorption (Adsorption an Mikroorganismen oder biologische Materialien), Bioakkumulation (Aufnahme und Speicherung von Metallen in Zellen) oder Biofällung (Ausfällung von Metallen durch die Aktivität von Mikroorganismen).

Proteinanalytik und Aufreinigung von Proteinen aus Fermentationsbrühen oder Extrakten

In der Gruppe stehen Chromatografieanlagen für analytische und präparative Arbeiten im Bereich von Proteinanalytik und Reinigung von Proteinen zur Verfügung. Beispiele für durchgeführte Arbeiten sind die Analytik und Aufreinigung von Interferonen, monoklonalen Antikörpern und Blutgerinnungsfaktoren aus Zellkulturüberständen und die Aufreinigung des natürlichen Süßstoffs Thaumatin aus Pflanzenextrakten.