Günstige Alternativen zu Hefeextrakt in Bioprozessen

Hintergrund und Zielsetzung

Industriell wichtige chemische Ausgangsstoffe biobasiert herstellen? Für viele Produkte ist dies kein Problem: mit biotechnologischen Prozessen. Allerdings müssen die Produktionskosten dafür reduziert werden. Ein großer Kostenfaktor in vielen Bioprozessen ist Hefeextrakt. Dieser liefert den Mikroorganismen Nährstoffe, die sie zum Wachstum und zur Produktion benötigen. Daher ist es eine große Herausforderung, Hefeextrakt durch alternative Nährstoffquellen zu ersetzen, um die Produktionskosten zu senken, ohne dabei Einbußen bei der Produktkonzentration oder der Produktivität in Kauf nehmen zu müssen. Dazu ist es wichtig, die Nährstoffanforderungen des eingesetzten Mikroorganismus genau zu kennen, um diese auch mit preisgünstigen agrarischen Reststoffen als Hefeextraktersatz erfüllen zu können.

Bereits in unserem Projekt “Biotechnisch hergestellte D-Milchsäure“ gelang es, Hefeextrakt effizient durch agrarische Rohstoffe zu ersetzen. Nun wollen wir an diese Ergebnisse anknüpfen und im Rahmen dieses Folgeprojekts die Optimierungsstrategie weiterentwickeln. Am Beispiel der biotechnologischen Produktionen von

• L-Milchsäure
• Erythrit
• 1,3-Propandiol
• 3-Hydroxypropionaldehyd

wollen wir die Nährstoffanforderungen der eingesetzten Mikroorganismen untersuchen und unsere bisherigen Erkenntnisse auf ein breites Spektrum verschiedener Prozesse anwenden. Dies umfasst aerobe und anaerobe Fermentationen mit Bakterien und einem osmophilen Pilz. Die Prozesse werden anschließend in Bioreaktoren unter Einsatz alternativer Nährstoffquellen optimiert.

Vorgehensweise

Begonnen wird im kleinsten Maßstab: in Mikrotiterplatten. Darin lassen sich viele Parameter parallel testen und so in wenigen Versuchsreihen die Medienzusammensetzung optimieren. Ist das geschafft, beginnt das Up-scaling in Schüttelkolben und Bioreaktoren und die Prozessoptimierung. Als alternative Nährstoffquellen kommen hierzu verschiedene Rohstoffhydrolysate zum Einsatz. Anhand von Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen können wir schließlich die erzielte Kostenersparnis für die einzelnen Prozesse abschätzen.

Daten und Methoden

Zur Untersuchung der Medienzusammensetzung und zur Messung der Produktbildung kommen bei uns instrumentelle Analysemethoden, wie HPLC, GC, ICP-OES und Ionenchromatographie zum Einsatz.

Ergebnisse

DOI:10.3220/PB1614264410000