Bioenergie Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Verbundvorhaben: Fermentative Produktion von Edukten für Bulkchemiekalien, TV 1: Fermentative Produktion von Edukten für bulk-Chemieprodukte auf Basis nachwachsender Rohstoffe am Beispiel von Acrylsäure

Anschrift
Evonik Industries AG - F-SV-EV Science to Business Center, Creavis
45772 Marl
Paul-Baumann-Str. 1
Kontakt
Florian Klasovsky
Tel: +49 2365 49-2151
E-Mail: florian.klasovsky@evonik.com
FKZ
22027705
Anfang
01.02.2007
Ende
31.07.2010
Aufgabenbeschreibung
Das Ziel des Projekts ist die stoffliche Nutzung nachwachsender einheimischer Rohstoffe für die Produktion des mikrobiellen Intermediats 3-Hydroxypropionaldehyd, das unter anderem chemisch zu Acrylsäure umgesetzt werden kann. Dies beinhaltete die Entwicklung eines Ganzzellbiokatalysators, der den Rohstoff Glycerin biokatalytisch in das Zielprodukt 3-Hydroxypropionaldehyd umwandelt. Anschließend wurde der Einsatz des Ganzzellbiokatalysators durch Metabolic Engineering und durch Anpassung der Prozessbedingungen optimiert. Des Weiteren wurden Anwendungstests bezüglich der direkten Verwendung von 3-Hydroxypropionaldehyd in alternativen Marktsegmenten durchgeführt.
Ergebnisdarstellung
Es wurden drei verschiedene Systeme als mögliche Ganzzellbiokatalysatoren getestet: Die Coenzym B12 - abhängige Glycerin-Dehydratase aus Lactobacillus reuteri nach homologer und heterologer Expression in verschiedenen bakteriellen Wirten und die Coenzym B12-unabhängige Glycerin-Dehydratase aus Clostridium butyricum. Dabei stellte sich homolog produzierte Coenzym B12-abhängige Glycerin-Dehydratase aus Lactobacillus reuteri als geeignetes System heraus. Die sich anschließende Prozessentwicklung wurde daher ausschließlich mit diesem System durchgeführt. Durch einen Wechsel der Prozessführung der Biomasseproduktion von Batch- zu Fed-Batch-Fermentation konnte die Biomasseproduktion nach 16 h von 1,5 g/L auf 8 g/L Biotrockenmasse gesteigert werden. Die Optimierung der Prozessbedingungen der Biotransformation führte zu molaren 3-Hydroxypropionaldehyd-Ausbeuten von 90 % und Produktivitäten von 33 g/L/h. Zur Aufreinigung von 3-Hydroxypropionaldehyd wurden zwei Optionen evaluiert. Zum einen wurde ein System zur Aufreinigung mit Säulenchromatographie von 3-Hydroxypropionaldehyd aus dem Biotransformationsmedium entwickelt, mit dem 3-Hydroxypropionaldehyd mit einer Ausbeute von 60 % und einer Reinheit von 70 % isoliert werden konnte. Für die in-situ Produktabtrennung wurde Hydrogensulfit in Kombination mit Amberlite CG-400-Harz als geeigneter Fängerstoff identifiziert. Erste Wirkungstests zeigten, dass 3-Hydroxypropionaldehyd bei Schnittblumen das Welken und bei Äpfeln und Weintrauben die Entwicklung von schädigenden Krankheiten hinauszögerte, also auch eine direkte Anwendung des biotechnologischen Intermediates 3-Hydroxypropionaldehyd denkbar wäre.

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Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe
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