Allianz Biotenside – Funktionsoptimierte Biotenside auf Basis von regional verfügbaren Rohstoffen durch optimierte biotechnologische Verfahren – Phase 2

Ziel der Allianz ist es, funktionsoptimierte Biotenside wirtschaftlich mit biotechnologischen Methoden aus heimischen nachwachsenden Roh- und Reststoffen herzustellen. Die Herstellung und Aufreinigung solcher Biotenside sollen so optimiert werden, dass diese in den Anwendungsbereichen Wasch- und Reinigungsmittel, Kosmetik, Bioremediation, Pflanzenschutz und Lebensmittel alternativ zu chemisch synthetisierten Tensiden eingesetzt werden können.

ALLIANZ BIOTENSIDE.

Innovationsallianz Funktionsoptimierte Biotenside Phase 2

Versandfertige Mustermengen unterschiedlicher Cellobiose- und Mannosylerythritollipid Varianten.
© Fraunhofer IGB
Versandfertige Mustermengen unterschiedlicher Cellobiose- und Mannosylerythritollipid Varianten.

Mit der Innovationsallianz Biotenside haben sich erstmals in Deutschland renommierte Firmen und Forschungseinrichtungen in einer strategischen Allianz zusammengeschlossen, um nachhaltige und skalierbar herstellbare Alternativen zu chemisch synthetisierten Tensiden zu finden, die bislang aus fossilen Rohstoffen hergestellt werden. Dafür erforschen und entwickeln wir in der Allianz die prozesstechnische Herstellung von Biotensiden mit biotechnologischen Methoden ausgehend von heimischen nachwachsenden Roh- und Reststoffen und untersuchen systematisch deren Anwendungspotenziale – etwa als Bestandteile von Wasch- und Reinigungsmitteln, in der Kosmetik, Bioremediation, Pflanzenschutz und Lebensmittel.

 

Umfassende Charakterisierung von Biotensiden

Während der ersten Förderphase (2018 – 2020) wurden die Bereitstellung regional verfügbarer zucker-, fett- und ölhaltiger Rohstoffe betrachtet, verschiedenste Mikroorganismen zur Herstellung unterschiedlicher Biotensidklassen untersucht und vielversprechende Kandidaten für eine anschließende Prozessentwicklung im Labormaßstab ausgewählt und anwendungstechnisch untersucht.

 

Fokus auf Prozesstechnik und Skalierung

In der zweiten Projektphase (2021 – 2024) nimmt die Umsetzung der Maßstabsübertragung einen größeren Stellenwert ein. Hier sollen die Fermentations- und Aufarbeitungsprozesse hinsichtlich robuster, regel- und steuerbarer Prozesse und vereinfachter Aufarbeitungsmethoden weiterentwickelt werden, um eine schrittweise Skalierung in die nächsten Größenordnungen zu ermöglichen.

Betrachtet man die Aufreinigungsstrecke, so stellt eine aufwendige Aufarbeitung oft den größten Kostentreiber dar. Hier gilt es, vorhandene und innovative Technologien zu untersuchen, zu verknüpfen und zu optimieren, so dass die Anzahl der Schritte für die Aufarbeitung der Biotenside minimiert wird. Dieser ganzheitlichen prozesstechnischen Risiko- und Kostenminimierung widmen sich die Partner in der zweiten Projektphase.

Durch die Bereitstellung größerer Mustermengen werden in der zweiten Phase noch offene Fragen zu den Performanceprofilen einzelner Anwendungsbereiche im Detail beantwortet. Dies ist nur mit größeren Mustermengen ab dem 100‑Gramm‑Maßstab möglich, was mit einer Hochskalierung des Fermentationsmaßstabs einhergeht.

 

Überprüfung sicherheitsrelevanter Eigenschaften

Darüber hinaus werden Untersuchungen zur Überprüfung des Sicherheitsprofils für Umwelt und Mensch notwendig. In der 2zweiten. Projektphase werden daher Gefährdungsanalysen durchgeführt und Sicherheitsdatenblätter erstellt, um notwendige Untersuchungen für individuelle Biotenside in den spezifischen Anwendungsbereichen zu identifizieren. Dies ist insbesondere notwendig, da sich die Kriterien (Regularien, Richtlinien) je nach Anwendungsgebiet, ob beispielsweise für den Einsatz in Kosmetika, Lebensmitteln oder Reinigungsmitteln,  grundlegend unterschiedlich unterscheiden sein können.

Literatur

[1] Beck A, Zibek S (2020) Mannosylerythritollipide — mikrobielle Biotenside aus dem Bioreaktor. BIOspektrum 26(1):100-102

[2] Beck A, Haitz F, Grunwald S, Preuss L, Rupp S, Zibek S (2019) Influence of microorganism and plant oils on the structure of mannosylerythritol lipid (MEL) biosurfactants revealed by a novel thin layer chromatography mass spectrometry method. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology.

[3] Beck A, Zibek S (2020) Growth behaviour of selected Ustilaginaceae fungi used for mannosylerythritol lipid (MEL) biosurfactant production – evaluation of a defined culture medium. Frontiers in Biotechnology and Bioengineering

[3] Oraby A, Werner N, Sungur Z, Zibek S (2020) Factors affecting the synthesis of cellobiose lipids by Sporisorium scitamineum. Frontiers in Biotechnology and Bioengineering

Video: Biotenside aus nachwachsenden Rohstoffen

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Projektinformationen

Projekttitel

Allianz Biotenside – Funktionsoptimierte Biotenside auf Basis von regional verfügbaren Rohstoffen durch optimierte biotechnologische Verfahren – Phase 2

 

Projektlaufzeit (Phase 2)

Juli 2021 – Juni 2024

 

Projektpartner

Firmen

  • BASF SE, Ludwigshafen
  • DALLI-WERKE GmbH & Co. KG, Stolberg (Koordination)
  • Festo AG & Co. KG, Esslingen
  • Henkel AG & Co. KGaA, Düsseldorf
  • Hermetia Baruth GmbH, Baruth/Mark Brandenburg
  • ifm electronic GmbH, Tettnang
  • Metrohm Prozessanalytik GmbH & Co. KG, Filderstadt
  • MyBiotech GmbH, Überherrn
  • Oelheld GmbH, Stuttgart
  • Dr. Richard Sthamer GmbH & Co. KG, Hamburg

Forschungseinrichtungen

  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart (Koordination)
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe
  • Steinbeis-Transferzentrum (STZ) Smart Polymer Solutions (SPS), Hochschule Reutlingen/Fakultät Angewandte Chemie
  • Universität Hohenheim, Fg Bioverfahrenstechnik, Stuttgart
  • Universität Stuttgart, Institut für Akustik und Bauphysik IABP
  • Universität Stuttgart, Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie IGVP

Förderung

Wir danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die Förderung des Projekts »Innovationsallianz Biotenside«, Förderkennzeichen: 031B0469M (Phase 1) und 031B1059M (Phase 2), im Rahmen der »Innovationsinitiative Industrielle Biotechnologie«.

Bundesministerium für Bildung und Forschung.