Optimierung der Milchsäureerzeugung aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie zur Herstellung hochwertiger flüssiger Tierfuttermittel sowie von biobasierten industriellen Kunststoffen
Projektdurchführung
Huntmann GmbH & Co. KG
Industriestr. 11
49492 Westerkappeln
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Das Projekt OptiMi zielt darauf ab, hochwertige Reststoffe der Lebensmittelindustrie zu nutzen, um daraus über einen Fermentationsprozess Milchsäure zu erzeugen. Milchsäure kann als Ausgangsprodukt in verschiedensten Prozessen eingesetzt werden. Dazu zählen unter anderem die Verwendung als Monomer für die Herstellung des biologisch abbaubaren Kunststoffes PLA oder die Verwendung in der Pharmazie. Im Gegensatz zur energetischen Nutzung der Reststoffe in einer Biogasanlage, stellt die Fermentation zur Milchsäuregewinnung einen Prozess mit deutlich höherem Wertschöpfungsniveau dar. Ein weiterer Vorteil der Nutzung von Reststoffen ist, dass diese nicht extra für die Fermentation angebaut werden, wie es beispielsweise bei der Verwendung von Zuckerrohr für die Milchsäureproduktion in Asien der Fall ist. Damit kann das Ökosystem in den Anbauregionen entlastet werden und die ressourcenschonende und nachhaltige wirtschaftsweise der deutschen Bioökonomie gestärkt werden.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDurch eine umfassende Literaturrecherche wurden die aktuellen Entwicklungen im Bereich der biologischen Milchsäureproduktion analysiert und Herausforderungen identifiziert. Der Fokus des Projekts liegt auf folgenden Kernaspekten:
Auswahl eines geeigneten Bakterienstammes
Identifikation und Untersuchung geeigneter Reststoffströme
Optimierung der Milchsäureausbeute
Neutralisierung und Pufferung des Prozessmediums
Erste Versuche zielten darauf ab die Prozessbedingungen, die für eine erfolgreiche Fermentation erforderlich sind einzustellen und einzuhalten. Dabei haben sich beheizte Rührkesselreaktoren im Technikums-Maßstab als praktikable Lösung erwiesen. Diese sorgen für eine optimale Durchmischung und verfügen über eine kontinuierliche Temperatur- sowie pH-Überwachung, um Veränderungen im Prozess besser erkennen zu können. Zusätzlich wurde eine pH-Regelung mit Dosiereinheit implementiert, um dem Absinken des pH-Wertes durch die Milchsäureproduktion entgegenzuwirken. So kann sichergestellt werden, dass die Bedingungen für die Fermentation dauerhaft im optimalen Bereich liegen, was die Produktion und Ausbeute an Milchsäure erhöht.
Im Anschluss an die Erprobung wurde eine statistische Versuchsreihe (DoE Design of Experiments) geplant und gestartet. Das Ziel dieser Versuchsreihe ist es herauszufinden, welche Reststoffe sich optimal für die Verwertung eignen und welche Bedingungen jeweils geschaffen werden müssen. Für diese Versuche wurden vorrangig drei unterschiedliche Reststoffe eines Beispielunternehmens verwendet, die den Hauptanteil im Gesamtteststoffstrom ausmachen. Dabei handelt es sich, um Brötchen, Kuchenabschnitte und Teig. Alle drei Reststoffe enthalten unter anderem große Mengen an Kohlenhydraten, die für die spätere Milchsäuregewinnung relevant sind.