(Anaerobe) biotechnische Produktionsprozesse

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. Ein Fokus der Arbeiten am IGB liegt in der Entwicklung oder Optimierung eines geeigneten Fermentationsprozesses für die biotechnischen Produkte. Ein weiterer auf der Aufarbeitung des Produkts aus der wässrigen Fermentationsbrühe.

Fermentation

Insbesondere kleineren und mittleren Unternehmen ohne ausreichende Fermentationskapazitäten aber auch Großunternehmen für zusätzliche Fermentationen bietet das IGB die biotechnische Produktion von Verbindungen als Lohnfermentation an.

Aufarbeitung

Biotechnische Produktionsprozesse in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie laufen in aller Regel in wässrigen Medien ab. Das zu gewinnende Produkt liegt also in (teilweise erheblich) verdünnter Form vor und muss für die Weiterverarbeitung oder den Verkauf konzentriert und isoliert und von sonstigen Bestandteilen des Fermentationsmediums (Nebenprodukte, Zellen) gereinigt werden.

Unter dem Begriff »Downstream Processing« werden am IGB Aufarbeitungsverfahren für Fermentationsprodukte entwickelt und gegebenenfalls entsprechende Anlagen geplant und gebaut. Insbesondere Membranverfahren kommen am IGB zum Einsatz, da Membranen bzw. Membranverfahren spezifisch entsprechend den jeweiligen chemischen und physikalischen Eigenschaften des Produkts (Größe, Ladung etc.) eingesetzt werden können. Zur Anwendung kommen beispielsweise die Membranfiltration (zur Konzentrierung flüssiger Produkte aus der Lebensmittelindustrie und makromolekularer biologischer Substanzen), die Elektrodialyse (zur Abtrennung von Salzen oder Säuren und Laugen). Auch Kombinationen verschiedener Membranverfahren, von Membran- und herkömmlichen Trennverfahren (z. B. Zentrifugation) oder von Membran- mit trennstarken chromatographischen Verfahren kommen zum Einsatz.

Auch für Produkte mit hohen Anforderungen an die Qualität, das heißt Reinheit der Produkte wie z. B. Pharmaka, Lebensmittelzusatzstoffe oder chemische Grundstoffe für Synthesen, erarbeiten wir optimierte Aufarbeitungsverfahren.

Reinigung

Als weitere Reinigungsschritte für beispielsweise Proteine (Wirkstoffe, Enzyme) kommen unterschiedliche Chromatographieverfahren zur Anwendung wie Ionenaustauschchromatographie, Gelchromatographie und Reversed Phase-Chromatographie.

siehe Proteinanalytik und Proteinreinigung

 

Referenzprojekte

Innovative Lösungen für mikrobielle Brennstoffzellen – MFC4Sludge

Laufzeit: September 2013 – August 2015

Das Projekt MFC4Sludge beschäftigt sich mit innovativen Lösungen für mikrobielle Brennstoffzellen (MFC) mit hydrolytisch-säurebildenden anaeroben Auszügen, um Abwasserschlamm in Wasseraufbereitungsanlagen zu behandeln.

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Modellgestützte Verfahrensentwicklung von Bioprozessen

Ziel unserer Arbeiten im Bereich der industriellen Biotechnologie ist es, Bioprozesse mithilfe moderner Messtechnik und mathematischer Modellierung so detailliert wie möglich zu analysieren und zu beschreiben. Dies ermöglicht eine effiziente Prozessoptimierung und Übertragung des Prozesses vom Labor- in den Produktionsmaßstab, da Änderungen im Prozess am Computer vorausberechnet werden und so nur erfolgversprechende Ansätze experimentell validiert werden müssen.

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Biotechnische Produktion von Bacteriorhodopsin

Bacteriorhodopsin (BR) ist ein Membranprotein halophiler Archaebakterien und dient als lichtgetriebene Protonenpumpe der Energiegewinnung für den bakteriellen Stoffwechsel. Da mit dem gerichteten Transport des Protons nach Aufnahme eines Licht-Photons auch ein reversibler Farbwechsel einhergeht, ist Bacteriorhodopsin – auch wegen seiner außergewöhnlichen Stabilität in isoliertem Zustand – für technische Anwendungen interessant.

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Verfahren zur kontinuierlichen biologischen Herstellung von Milchsäure aus Molke

Ziel des Projektes war es, ein wirtschaftliches umweltfreundliches Verfahren zur Milchsäureproduktion aus Sauermolke zu entwickeln, um Wertstoffproduktion mit Reststoffentsorgung zu kombinieren.

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Produktion von 1,3-Propandiol aus Rohglycerin

1,3-Propandiol ist ein chemischer Grundstoff, der z. B. zur Herstellung von Polyestern verwendet wird. Bislang wird er durch chemische Synthese hergestellt. Es gibt aber einige Mikroorganismen, die Glycerin zu 1,3-Propandiol umsetzen können.

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Milchsäureproduktion aus Stärke

In einem Organismen-Screening wurde ein Milchsäurebakterien-Stamm gefunden, der komplexe Stärke wie Weizen- oder Maismehl mit hoher Ausbeute homofermentativ in Milchsäure umwandeln kann. Dieser stärkespaltende Organismus war in der Lage, auf der Basis von Maismehl eine Milchsäurekonzentration von 115 g / l zu erzielen.

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