Prozessintegration von Fermentation und Katalyse zur Herstellung von Carbonsäurederivaten

Prozessintegration von Fermentation und Katalyse zur Herstellung von Carbonsäurederivaten 1210 9 ProcessNet – Biotechnologen Chemie Ingenieur Technik 2009, 81, No. 8 lyse und Modifikation zugrunde liegen- Wachstum und eine effektive Bernstein- nen zentraler metabolischer Pfade zur der metabolischer Pfade zu nennen. Un- säureproduktion gewährleistet. Im An- Stammoptimierung dienen. ter diesem Aspekt beschreibt die aktuel- schluss daran werden nun metabolische Die Arbeiten wurden über das BMBF- le Arbeit die Erforschung eines neu Flussanalysen mittels C-markierter Projekt „Herstellung von Polyestern auf isolierten Mikroorganismus (DD1) der Substrate durchgeführt, die einen detail- Basis fermentativ hergestellter Bern- Familie Pasteurellaceae, der Bernstein- lierten Einblick in das metabolische steinsäure bzw. 1,4-Butandiol“ (Förder- säure produziert [1]. In einem ersten Netzwerk von DD1 erlauben und als Ba- kennzeichen: 0315238) im Rahmen der Schritt wurde ein geeignetes Mini- sis für gezielte genetische Modifikatio- BMBF-Initiative Bioindustrie21 geför- malmedium entwickelt, das effektives dert. V9.13 Prozessintegration von Fermentation und Katalyse zur Herstellung von Carbonsäurederivaten 1) 1) 2) 2) 2) C. Delhomme (E-Mail: C.Delhomme@lrz.tum.de), Prof. Dr.-Ing. D. W. Weuster-Botz , S. Goh , N. Domanovic , M. Zhang-Preße , 2) Prof. Dr. F. E. Kühn 1) Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik, Technische Universität München, Boltzmannstraße 15, D-85748 Garching, Germany 2) Lehrstuhl für anorganische Chemie und molekulare Katalyse, Technische Universität München, Germany DOI: 10.1002/cite.200950413 Der hohe Verbrauch an fossilen, endli- lösung jedoch relativ aufwändig ist, soll gene Katalysatoren, die nur bei hohem chen Rohstoffquellen erfordert mittel- in diesem Vorhaben ein integrierter Pro- Druck und Temperatur arbeiten (bis zu fristig die Umstellung der Rohstoffbasis zess von Fermentation und nach ge- 27,6 MPa/270 °C). Homogene und hete- der chemischen Industrie auf erneuer- schalteter chemischer Katalyse zu Folge- rogene wasserstabile organometallische bare Rohstoffe. Zurzeit werden daher produkten erschlossen werden. Hierzu Katalysatoren könnten eine mögliche Al- vermehrt Anstrengungen unternom- müssen neue Katalysatoren entwickelt ternative darstellen. Nach einem ersten men, Grundchemikalien durch Fermen- werden, die im Lösungsmittel Wasser Auswahlverfahren werden neue wasser- tation auf Basis nachwachsender Roh- eingesetzt werden können. lösliche und heterogene Katalysatoren stoffe zu gewinnen. Ein Beispiel ist Im Falle von Bersteinsäure oder Lävu- (Karbene und Phosphine) für die Hy- die biotechnologische Herstellung von linsäure werden die meisten Derivate drierung und Transferhydrierung von Bernsteinsäure mit Mikroorganismen, durch Hydrierung und reduktive Ami- Bersteinsäure und Lävulinsäure in Was- die als möglicher Ersatz für die Darstel- nierung produziert. Die bisher ent- ser (zellfreie Fermentationslösung) ent- lung von Maleinsäureanhydrid dienen wickelten Katalysatoren für die selektive wickelt (1 – 5 MPa/50 – 140 °C). kann. Da die Isolierung von Bernstein- Hydrierung dieser Carbonsäurederivate säure aus der wässrigen Fermentations- sind überwiegend metallhaltige hetero- T9.02 Produktion von Mikroalgenbiomasse und deren stofflich-energetische Verwertung 1) 2) Dr. P. Ripplinger , Dr. W. Troesch (E-Mail: walter.troesch@igb.fraunhofer.de) 1) Subitec GmbH, Nobelstraße 15, D-70569 Stuttgart, Germany 2) Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Nobelstraße 12, D-70569 Stuttgart, Germany DOI: 10.1002/cite.200950462 Die Photosynthese ist einer der wenigen die Photosynthese global ca. 360 Gt CO Einstrahlung am Mittag, die bis zu 2000 CO -verbrauchenden Prozesse in der fixiert. Mikroeinstein/m s betragen kann, ist Natur. Sie folgt dabei der folgenden Re- Bioverfahrenstechnisch betrachtet das Wachstum von Mikroalgen inhi- aktionsgleichung: handelt es sich bei der photoautotro- biert. Um maximale Produktivität auch phen Mikroalgenproduktion um einen bei hoher Sonneneinstrahlung zu errei- hm neuartigen Bioprozess, bei dem vier chen, darf der Bioreaktor nicht abge- nCO  2nH O nC H O 2 2 2 Phasen zu betrachten und für eine opti- schattet werden, sondern Licht muss so nH O  nO 2 2 male Ausbeute zu optimieren sind: Gas, „verdünnt“ werden, dass alles verfügba- In Gegenwart von Wasser und Nähr- Flüssigkeit, Feststoffe und Sonnenlicht. re Licht in Biomasse umgewandelt wird. stoffen sowie Licht als Energiequelle Bei einem normalen Sonnentag liegt Im Rohrphotobioreaktor stellt die wird CO in Pflanzen und Algen fixiert. das Produktivitätsmaximum des Mikro- Gasver- und Gasentsorgung ein Prob- Dabei entstehen Kohlenhydrate, Wasser algenwachstums am Morgen und am lem dar. Während im Zugang zum Rohr und Sauerstoff. Jährlich werden über Nachmittag. Bei der höchsten solaren die CO -Substratkonzentration ausrei- www.cit-journal.de © 2009 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim http://www.deepdyve.com/assets/images/DeepDyve-Logo-lg.png Chemie-Ingenieur-Technik (Cit) Wiley

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Wiley
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Copyright © 2009 Wiley Subscription Services, Inc., A Wiley Company
ISSN
0009-286X
eISSN
1522-2640
DOI
10.1002/cite.200950413
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Abstract

1210 9 ProcessNet – Biotechnologen Chemie Ingenieur Technik 2009, 81, No. 8 lyse und Modifikation zugrunde liegen- Wachstum und eine effektive Bernstein- nen zentraler metabolischer Pfade zur der metabolischer Pfade zu nennen. Un- säureproduktion gewährleistet. Im An- Stammoptimierung dienen. ter diesem Aspekt beschreibt die aktuel- schluss daran werden nun metabolische Die Arbeiten wurden über das BMBF- le Arbeit die Erforschung eines neu Flussanalysen mittels C-markierter Projekt „Herstellung von Polyestern auf isolierten Mikroorganismus (DD1) der Substrate durchgeführt, die einen detail- Basis fermentativ hergestellter Bern- Familie Pasteurellaceae, der Bernstein- lierten Einblick in das metabolische steinsäure bzw. 1,4-Butandiol“ (Förder- säure produziert [1]. In einem ersten Netzwerk von DD1 erlauben und als Ba- kennzeichen: 0315238) im Rahmen der Schritt wurde ein geeignetes Mini- sis für gezielte genetische Modifikatio- BMBF-Initiative Bioindustrie21 geför- malmedium entwickelt, das effektives dert. V9.13 Prozessintegration von Fermentation und Katalyse zur Herstellung von Carbonsäurederivaten 1) 1) 2) 2) 2) C. Delhomme (E-Mail: C.Delhomme@lrz.tum.de), Prof. Dr.-Ing. D. W. Weuster-Botz , S. Goh , N. Domanovic , M. Zhang-Preße , 2) Prof. Dr. F. E. Kühn 1) Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik, Technische Universität München, Boltzmannstraße 15, D-85748 Garching, Germany 2) Lehrstuhl für anorganische Chemie und molekulare Katalyse, Technische Universität München, Germany DOI: 10.1002/cite.200950413 Der hohe Verbrauch an fossilen, endli- lösung jedoch relativ aufwändig ist, soll gene Katalysatoren, die nur bei hohem chen Rohstoffquellen erfordert mittel- in diesem Vorhaben ein integrierter Pro- Druck und Temperatur arbeiten (bis zu fristig die Umstellung der Rohstoffbasis zess von Fermentation und nach ge- 27,6 MPa/270 °C). Homogene und hete- der chemischen Industrie auf erneuer- schalteter chemischer Katalyse zu Folge- rogene wasserstabile organometallische bare Rohstoffe. Zurzeit werden daher produkten erschlossen werden. Hierzu Katalysatoren könnten eine mögliche Al- vermehrt Anstrengungen unternom- müssen neue Katalysatoren entwickelt ternative darstellen. Nach einem ersten men, Grundchemikalien durch Fermen- werden, die im Lösungsmittel Wasser Auswahlverfahren werden neue wasser- tation auf Basis nachwachsender Roh- eingesetzt werden können. lösliche und heterogene Katalysatoren stoffe zu gewinnen. Ein Beispiel ist Im Falle von Bersteinsäure oder Lävu- (Karbene und Phosphine) für die Hy- die biotechnologische Herstellung von linsäure werden die meisten Derivate drierung und Transferhydrierung von Bernsteinsäure mit Mikroorganismen, durch Hydrierung und reduktive Ami- Bersteinsäure und Lävulinsäure in Was- die als möglicher Ersatz für die Darstel- nierung produziert. Die bisher ent- ser (zellfreie Fermentationslösung) ent- lung von Maleinsäureanhydrid dienen wickelten Katalysatoren für die selektive wickelt (1 – 5 MPa/50 – 140 °C). kann. Da die Isolierung von Bernstein- Hydrierung dieser Carbonsäurederivate säure aus der wässrigen Fermentations- sind überwiegend metallhaltige hetero- T9.02 Produktion von Mikroalgenbiomasse und deren stofflich-energetische Verwertung 1) 2) Dr. P. Ripplinger , Dr. W. Troesch (E-Mail: walter.troesch@igb.fraunhofer.de) 1) Subitec GmbH, Nobelstraße 15, D-70569 Stuttgart, Germany 2) Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Nobelstraße 12, D-70569 Stuttgart, Germany DOI: 10.1002/cite.200950462 Die Photosynthese ist einer der wenigen die Photosynthese global ca. 360 Gt CO Einstrahlung am Mittag, die bis zu 2000 CO -verbrauchenden Prozesse in der fixiert. Mikroeinstein/m s betragen kann, ist Natur. Sie folgt dabei der folgenden Re- Bioverfahrenstechnisch betrachtet das Wachstum von Mikroalgen inhi- aktionsgleichung: handelt es sich bei der photoautotro- biert. Um maximale Produktivität auch phen Mikroalgenproduktion um einen bei hoher Sonneneinstrahlung zu errei- hm neuartigen Bioprozess, bei dem vier chen, darf der Bioreaktor nicht abge- nCO  2nH O nC H O 2 2 2 Phasen zu betrachten und für eine opti- schattet werden, sondern Licht muss so nH O  nO 2 2 male Ausbeute zu optimieren sind: Gas, „verdünnt“ werden, dass alles verfügba- In Gegenwart von Wasser und Nähr- Flüssigkeit, Feststoffe und Sonnenlicht. re Licht in Biomasse umgewandelt wird. stoffen sowie Licht als Energiequelle Bei einem normalen Sonnentag liegt Im Rohrphotobioreaktor stellt die wird CO in Pflanzen und Algen fixiert. das Produktivitätsmaximum des Mikro- Gasver- und Gasentsorgung ein Prob- Dabei entstehen Kohlenhydrate, Wasser algenwachstums am Morgen und am lem dar. Während im Zugang zum Rohr und Sauerstoff. Jährlich werden über Nachmittag. Bei der höchsten solaren die CO -Substratkonzentration ausrei- www.cit-journal.de © 2009 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

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Chemie-Ingenieur-Technik (Cit)Wiley

Published: Aug 1, 2009

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