Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Projekt OptiMi zielt darauf ab, hochwertige Reststoffe der Lebensmittelindustrie zu nutzen, um daraus \u00fcber einen Fermentationsprozess Milchs\u00e4ure zu erzeugen. Milchs\u00e4ure kann als Ausgangsprodukt in verschiedensten Prozessen eingesetzt werden. Dazu z\u00e4hlen unter anderem die Verwendung als Monomer f\u00fcr 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 Milchs\u00e4uregewinnung einen Prozess mit deutlich h\u00f6herem Wertsch\u00f6pfungsniveau dar. Ein weiterer Vorteil der Nutzung von Reststoffen ist, dass diese nicht extra f\u00fcr die Fermentation angebaut werden, wie es beispielsweise bei der Verwendung von Zuckerrohr f\u00fcr die Milchs\u00e4ureproduktion in Asien der Fall ist. Damit kann das \u00d6kosystem in den Anbauregionen entlastet werden und die ressourcenschonende und nachhaltige wirtschaftsweise der deutschen Bio\u00f6konomie gest\u00e4rkt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden<\/p>\n
Durch eine umfassende Literaturrecherche wurden die aktuellen Entwicklungen im Bereich der biologischen Milchs\u00e4ureproduktion analysiert und Herausforderungen identifiziert. Der Fokus des Projekts liegt auf folgenden Kernaspekten:<\/p>\n
\u2022\tAuswahl eines geeigneten Bakterienstammes
\n\u2022\tIdentifikation und Untersuchung geeigneter Reststoffstr\u00f6me
\n\u2022\tOptimierung der Milchs\u00e4ureausbeute
\n\u2022\tNeutralisierung und Pufferung des Prozessmediums<\/p>\n
Erste Versuche zielten darauf ab die Prozessbedingungen, die f\u00fcr eine erfolgreiche Fermentation erforderlich sind einzustellen und einzuhalten. Dabei haben sich beheizte R\u00fchrkesselreaktoren im Technikums-Ma\u00dfstab als praktikable L\u00f6sung erwiesen. Diese sorgen f\u00fcr eine optimale Durchmischung und verf\u00fcgen \u00fcber eine kontinuierliche Temperatur- sowie pH-\u00dcberwachung, um Ver\u00e4nderungen im Prozess besser erkennen zu k\u00f6nnen. Zus\u00e4tzlich wurde eine pH-Regelung mit Dosiereinheit implementiert, um dem Absinken des pH-Wertes durch die Milchs\u00e4ureproduktion entgegenzuwirken. So kann sichergestellt werden, dass die Bedingungen f\u00fcr die Fermentation dauerhaft im optimalen Bereich liegen, was die Produktion und Ausbeute an Milchs\u00e4ure erh\u00f6ht.<\/p>\n
Im Anschluss an die Erprobung wurde eine statistische Versuchsreihe (DoE \u2013 Design of Experiments) geplant und gestartet. Das Ziel dieser Versuchsreihe ist es herauszufinden, welche Reststoffe sich optimal f\u00fcr die Verwertung eignen und welche Bedingungen jeweils geschaffen werden m\u00fcssen. F\u00fcr diese Versuche wurden vorrangig drei unterschiedliche Reststoffe eines Beispielunternehmens verwendet, die den Hauptanteil im Gesamtteststoffstrom ausmachen. Dabei handelt es sich, um Br\u00f6tchen, Kuchenabschnitte und Teig. Alle drei Reststoffe enthalten unter anderem gro\u00dfe Mengen an Kohlenhydraten, die f\u00fcr die sp\u00e4tere Milchs\u00e4uregewinnung relevant sind. <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Projekts OptiMi wurde die technische Machbarkeit der fermentativen Herstellung von Milchs\u00e4ure aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie erfolgreich untersucht und bewertet. Durch die Durchf\u00fchrung mehrerer Versuchsreihen konnten geeignete Substrate, Prozessparameter sowie geeignete Bakterienst\u00e4mme identifiziert und hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Milchs\u00e4ureausbeute analysiert werden. Erg\u00e4nzend wurden verschiedene Verfahren zur Abtrennung und Aufbereitung der Milchs\u00e4ure betrachtet und anhand technischer sowie wirtschaftlicher Kriterien bewertet.
\nDie Ergebnisse zeigen, dass die stoffliche Nutzung organischer Reststoffe zur Milchs\u00e4uregewinnung grunds\u00e4tzlich ein hohes Potenzial besitzt und zus\u00e4tzliche Wertsch\u00f6pfungsm\u00f6glichkeiten er\u00f6ffnet. Insgesamt wurde eine belastbare Datengrundlage geschaffen, die als Grundlage f\u00fcr die weitere Verfahrensentwicklung sowie die \u00dcbertragung in einen gr\u00f6\u00dferen technischen Ma\u00dfstab dienen kann. <\/p>\n
Es hat sich gezeigt, dass mit der Mischung der Firma Huntmann GmbH & Co. KG und den Mikroorganismen der Gattung Bacillus coagulans eine erfolgreiche Milchs\u00e4urefermentation durchgef\u00fchrt werden kann. Hierbei ist zu beachten, dass die Prozessbedingungen konstant gehalten werden, so dass die Mikroorganismen kontinuierlich Milchs\u00e4ure erzeugen k\u00f6nnen. Eine Betriebstemperatur von 50 \u00b0C ist hierbei entscheidend. Neben der Temperatur ist auch der pH-Wert von fundamentaler Bedeutung und muss mit Lauge permanent im optimalen Bereich gehalten werden. Die Fermentationszeit sollte hierbei mindestens 48 h betragen. Um eine m\u00f6glichst hohe Prozess- aber auch Produktqualit\u00e4t zu erreichen, ist eine moderne Analytik mittels Ionenchromatographie dringend zu empfehlen. Nur so k\u00f6nnen die genauen Ausbeuten bestimmt und fermentative Nebenprodukte erfolgreich identifiziert werden. <\/p>\n
F\u00fcr die weitere Entwicklung wird empfohlen, die gewonnenen Erkenntnisse in einem Pilot- oder Demonstrationsma\u00dfstab zu validieren. Insbesondere die Prozessstabilit\u00e4t, die Aufbereitungsschritte sowie die Wirtschaftlichkeit sollten in einem zuk\u00fcnftigen Projekt unter praxisnahen Bedingungen weiter untersucht werden. Es muss ein technisch und wirtschaftlich sinnvolles Downstream Verfahren zur Abtrennung und Aufarbeitung der Milchs\u00e4ure entworfen werden. <\/p>\n
Dar\u00fcber hinaus m\u00fcssen geeignete Bakterienst\u00e4mme identifiziert werden, die sich auch f\u00fcr den gro\u00dftechnischen Ma\u00dfstab eignen. Zudem ist die Evaluierung leistungsst\u00e4rkerer Bakterienst\u00e4mme, die optimal auf das eingesetzte Substrat abgestimmt sind oder eine gesteigerte Effizienz bei der Milchs\u00e4uresynthese aufweisen, zu empfehlen. Hierbei sollte gepr\u00fcft werden, inwieweit bestehende Stoffstr\u00f6me und vorhandene Infrastruktur in industrielle Gesamtkonzepte integriert, werden k\u00f6nnen, um das Wertsch\u00f6pfungspotenzial der Reststoffe langfristig auszusch\u00f6pfen. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Artikel und Pressemitteilungen
\n\u2022\tNachhaltige Herstellung von Milchs\u00e4ure aus Lebensmittelreststoffen- FOODHUB NRW (04.09.2024)
\n\u2022\tPressemitteilung der FH M\u00fcnster vom 19.08.2024, verf\u00fcgbar unter: Nachhaltige Herstellung von Milchs\u00e4ure aus Lebensmittelreststoffen | FH M\u00fcnster
\n\u2022\tForschungsprojekt \u201eOptiMi\u201c, Milchs\u00e4uregewinnung: Teigwaren, die Kosmetik werden, Westf\u00e4lische Nachrichten vom 19.08.2024
\n\u2022\tPressemitteilung: FH M\u00fcnster und die Huntmann GmbH & Co. KG starten Forschungsprojekt \u201eOptiMi\u201c- ganzheitliche Kreislauff\u00fchrung im Blick, M\u00fcnster\/ Steinfurt (07\/24) <\/p>\n
Vortr\u00e4ge
\n\u2022\tS\u00f6ren Kamphus, Alexander Beike (04.12.2025), Fokusgruppe \u201eBiogene Reststoffe\u201c, Bioenergiepark Saerbeck <\/p>\n
Posterpr\u00e4sentationen
\n\u2022\tMarion Schokmaker, Jannik Grave, Michael Ellermann, S\u00f6ren Kamphus, Prof. Dr. Elmar Br\u00fcgging (2024): Optimierte Milchs\u00e4ureerzeugung aus Reststoffen, interne Pr\u00e4sentation der Zwischenergebnisse, Saerbeck
\n\u2022\tJohanna Strotbaum, Alexander Beike, S\u00f6ren Kamphus, Prof. Dr. Elmar Br\u00fcgging: Milchs\u00e4ure aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie, Posterpr\u00e4sentation im Rahmen der 17. Bioenergiefachtagung, Schwerpunkt: Bioenergie
\n 19. Februar 2026
\n\u2022\tJohanna Strotbaum, Alexander Beike: Milchs\u00e4ure aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie, Posterpr\u00e4sentation im Rahmen des Sommerkolloquiums, 11. Juni 2026 <\/p>\n
Sonstige
\n\u2022\tBeitrag in Forschungsbrosch\u00fcre (2026) FORSCHUNGS- UND ENTWICKLUNGSPROJEKTE. Verf\u00fcgbar unter: https:\/\/www-backend.fh-muenster.de\/egu\/team-bruegging-wetter\/downloads-team-b-w\/digital_broschuere.pdf
\n\u2022\tBeitrag auf Webseite der FH M\u00fcnster, OptiMi. verf\u00fcgbar unter: https:\/\/www.fh-muenster.de\/de\/egu\/team-bruegging-wetter\/forschung\/projekte\/optimi <\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Projekt \u201eOptiMi\u201c hat erfolgreich die technische Machbarkeit der fermentativen Milchs\u00e4ureproduktion aus organischen Reststoffen der Lebensmittelindustrie (wie Br\u00f6tchen, Kuchenabschnitten und Teig) nachgewiesen. Durch den Einsatz von Mikroorganismen der Gattung Bacillus coagulans in Kombination mit den Reststoffen der Huntmann GmbH & Co. KG konnte unter Einhaltung definierter Prozessparameter (insbesondere einer konstanten Betriebstemperatur von 50 \u00b0C, einer permanenten pH-Wert-Regelung mittels Lauge und einer Fermentationszeit von mindestens 48 Stunden) eine erfolgreiche Milchs\u00e4urefermentation durchgef\u00fchrt werden.
\nDie Ergebnisse zeigen, dass die stoffliche Verwertung dieser Reststoffe ein hohes Potenzial f\u00fcr zus\u00e4tzliche Wertsch\u00f6pfung und eine nachhaltige, ressourcenschonende Bio\u00f6konomie bietet. Um die gewonnenen Erkenntnisse k\u00fcnftig in den gro\u00dftechnischen Ma\u00dfstab zu \u00fcberf\u00fchren, sind jedoch weitere Schritte erforderlich. Dazu geh\u00f6ren insbesondere die Validierung im Pilot- oder Demonstrationsma\u00dfstab, die Entwicklung eines wirtschaftlichen Downstream-Verfahrens zur Aufarbeitung der Milchs\u00e4ure sowie die Identifizierung und Evaluierung leistungsst\u00e4rkerer Bakterienst\u00e4mme.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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