Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Projekts ist es, die enzymatische Hydrolyse nachwachsender Rohstoffe (Modellsubstanzen: Mais- und Reiskleber, Kartoffel- und Rapsproteine) zur Produktion von Aminos\u00e4uren in Einzelreaktionsphasen zu entkoppeln und selektive Aufarbeitungsschritte in den Gesamtprozess zu integrieren. Die Auswahl der Rohstoffe erfolgte nach einer Absch\u00e4tzung der voraussichtlichen Ertr\u00e4ge der einzelnen Rohstoffe auf Basis von Produktionskosten der herk\u00f6mmlichen Verfahren, der durchschnittlichen Rohstoffpreise und der regionalen Verf\u00fcgbarkeit. Eine detaillierte betriebswirtschaftliche Bilanzierung in Sinne des Umweltcontrollings soll im Rahmen dieses Projekts erstellt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUnter den Gesichtspunkten des Umweltschutzes sind unbedingt Methoden erforderlich, die eine Proteinhydrolyse unter Vermeidung des hohen Chemikalieneinsatzes und der daraus resultierenden hohen Salzfrachten herk\u00f6mmlicher chemischer Verfahren erm\u00f6glichen. F\u00fcr die heute haupts\u00e4chlich angewandte Hydrolyse und Aufarbeitung sind die Chemikalienmengen, die Salz- und Stickstofffrachten und die Energiemengen als extrem umweltproblematisch anzusehen. Neue Verfahren werden ben\u00f6tigt, um den Umweltanforderungen Rechnung zu tragen und den Standort Deutschland nicht zu gef\u00e4hrden. Als Alternative zu herk\u00f6mmlichen Verfahren bieten sich enzymatische Prozesse an. Enzyme bieten die M\u00f6glichkeit unter schonenden Bedingungen Proteine in L-Aminos\u00e4urebausteine zu zerlegen, ohne in diesem Verfahrensschritt hohe Salzfrachten zu erzeugen. Bei den zu entwickelnden Verfahren sollen als Enzyme Proteasen eingesetzt werden. Hierbei sind besonders die extremophilen Proteasen notwendig, die auch bei extremen Bedingungen (z. B. hohe Ionenst\u00e4rke in komplexen nat\u00fcrlichen Substraten) optimal arbeiten k\u00f6nnen. Zur Entwicklung des innovativen enzymatischen Hydrolyseverfahrens werden Membranmoduleinheiten (z. B. Ultrafiltrationseinheiten) aufgebaut, in denen geeignete Enzymsysteme die Proteine sukzessiv auftrennen. Dabei sollen auch thermostabile Enzyme verwendet werden, um die Raum-Zeit-Ausbeute zu verbessern und unsterile Arbeitsweisen zu erm\u00f6glichen. Die Modulbauweise hat den Vorteil, dass sie durch die Wahl der geeigneten Enzyme an alle Rohstoffe angepasst werden kann. Salzfrachten werden vermieden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In dem Projekt wurden von den einzelnen Partnern folgende Themenschwerpunkte behandelt:
\n\u00b7\tErstmalig heterologe Expression zweier verschiedener Proteasen aus T. maritima (pSer, pCarb)
\n\u00b7\tBestimmung der optimalen Fermentationsbedingungen
\n\u00b7\tAufreinigung, Charakterisierung und M\u00f6glichkeiten der Aufkonzentrierung der rekombinanten Proteasen
\n\u00b7\tEinsatz der nicht rekombinanten Protease aus Thermoanaerobacter keratinophilus
\n\u00b7\tEinsatz der Extremozyme bei der Hydrolyse
\n\u00b7\tVergleich: Enzyme – Extremozyme
\n\u00b7\tAufarbeitung der Hydrolysate mittels Ionenausschlusschromatographie
\n\u00b7\tStabilisierung des Biosensors zur Bestimmung des Gesamthydrolysegrads
\n\u00b7\tUntersuchungen zu Konkurrenzreaktionen bei der Adsorption aus Aminos\u00e4uremischungen
\n\u00b7\tVersuche zur Desorption
\n\u00b7\tUntersuchungen zur Mehrfach-Ad- und Desorption
\n\u00b7\tBestimmung einer geeigneten Prozesslinie
\n\u00b7\tErkennen der Vorteilhaftigkeit der enzymatischen Hydrolyse anhand finanzieller Kennziffern und Allokation
\n\u00b7\tEntwicklung der Datenbank OIKOS (Oekologische Informations- und KOstenstruktur Simulation)
\nIn diesem Forschungsprojekt wurden neben der naturwissenschaftlichen Arbeitsweise die \u00f6kologische und wirtschaftliche Bewertung ausf\u00fchrlich behandelt. Der daf\u00fcr erforderliche Daten- und Gedankenaustausch zwischen dem naturwissenschaftlichen und dem wirtschaftswissenschaftlichen Bereich lief sehr gut. Aufgrund dieser Kooperation konnte die Datenbank OIKOS im abschlie\u00dfenden Projektjahr entwickelt werden, die es den verschiedenen Projektbeteiligten erlaubt, die Wirkung spezifischer Parameter\u00e4nderungen auf den Gesamtprozess abzusch\u00e4tzen. Auch wenn wegen des derzeitigen Stands im wesentlichen Tendenzaussagen abgeleitet werden k\u00f6nnen, bietet sich hier f\u00fcr die betriebliche Praxis ein ad\u00e4quates Instrumentarium zur Absch\u00e4tzung der \u00f6kologischen und \u00f6konomischen Wirkungen der jeweiligen Prozesse und der Abw\u00e4gung des pro und contra weiterer FuE-Anstrengungen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00b7\tH\u00fcbner, S. (2001): Aminos\u00e4uren – Eine Markt\u00fcbersicht, Hannover.
\n\u00b7\tM\u00fcller, U., H\u00fcbner, S. (2002): Economic Aspects of Amino Acids Production. In: Advances in Biochemical Engineering\/ Biotechnology, 79\/2002, Heidelberg
\n\u00b7\tM\u00fcller. U., H\u00fcbner, S., Serger, H., Tostmann, R. (2000): Integrierter Umweltschutz und Biotechnologie: \u00d6kobilanz und Wirtschaftlichkeitsrechnung im Innovationsprozess. Chemie, Ingenieur, Technik, 72: 1429 – 1438
\n\u00b7\tM\u00fcller, U., Jasper, J., Tostmann, R. (2000): Ecobalance based environmental cost management as a strategy for corporate growth – Extremozymes and gene technology for the representation of amino acids, Vortrag im Rahmen des 243. WE-Heraeus-Seminars: Economic Growth – Driving Forces and Constraints in the Perspective of Economics and the Sciences vom 23. bis 25. Oktober 2000 im Phy-sikzentrum Bad Honnef
\n\u00b7\tScheper, T., Ulber, R., Koop, T., Kosemund, D., M\u00fcller, U., H\u00fcbner, S., Tostmann, R., Faurie, R. (2001): Entwicklung innovativer Aminos\u00e4ureproduktion unter Ber\u00fccksichtigung des Umweltkostenmanagement. In: Heiden, S., Erbs, R. (Hrsg.): Biokatalyse, Sonderausgabe der DBU in Kooperation mit Biospektrum, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, S. 69-71, e = M\u00fcller, U., H\u00fcbner, S. (2002): Advances in Biochemical Engineering \/ Biotechnology, Amino Acids, Heidelberg
\n\u00b7\tG\u00f6dde, C., Sahm, K., Kluskens, L., de Vos, W., Antranikian, G. (2001): Cloning and Expression of protease encoding genes from Thermotogales. VAAM. Oldenburg
\n\u00b7\tG\u00f6dde, C., Sahm, K., Schwerdtfeger, R., Antranikian, G. (2000): Cloning and expression of thermoactive proteases of Thermotogales strains. VAAM. M\u00fcnchen
\n\u00b7\tRiessen, S., Antranikian, G. (2001): Isolation of Thermoanaerobacter keratinophilus sp. nov. a novel thermophilic, anaerobic bacterium with kerationlytic activity. Extremophiles. 5:399-408<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
In dem Projekt konnten die bisher verwendeten kommerziell erh\u00e4ltlichen Enzyme mit innovativen Extremozymen verglichen und kombiniert werden, um eine Hydrolyse verschiedener biogener Rohstoffe zu Aminos\u00e4uren effizient durchzuf\u00fchren. Die eingesetzten Zeolithe zur Trennung der Hydrolysate konnten an Realmedien und im gr\u00f6\u00dferen Ma\u00dfstab getestet werden. Mit den naturwissenschaftlichen Ergebnissen konnte die Datenbank OIKOS entwickelt werden, die eine schnelle Kalkulation f\u00fcr verschiedene Szenarien erlaubt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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