20. Januar 2005

Optimierung der industriellen Tryptophanproduktion

Tryptophan ist eine essentielle Aminosäure, d.h eine Aminosäure, die unser Körper nicht selbst bilden kann. Nehmen wir sie nicht mit der Nahrung zu uns, machen sich Mangelerscheinungen bemerkbar. Tryptophan wird bei der Amino GmbH großtechnisch in einem biotechnologischen Prozess aus der Aminosäure Serin und Indol hergestellt.
Durch Entwicklung und Einsatz eines innovativen Messsystems wurde die Prozessführung optimiert: Die Tryptophan-Ausbeute wurde so um 30% gesteigert, der Serinverlust um 25% gesenkt und die Prozesslaufzeit von 8 auf etwa 4 Stunden herabgesetzt, wodurch gleichzeitig Energie eingespart wird.

Tryptophan wacht über unseren Schlaf und reguliert die Stimmung. Aus medizinisch/pharmazeutischer Sicht ist Tryptophan äußerst interessant und wird beispielsweise als Antidepressivum und Narkotikum eingesetzt. In Deutschland wird die Aminosäure als Arzneimittelwirkstoff behandelt und ist zulassungspflichtig, in den meisten anderen Ländern ist Tryptophan ein Nahrungsergänzungsmittel.

Optimierung durch Online-Prozesskontrolle

Bei der biotechnologischen Herstellung von Tryptophan dienen die Aminosäure Serin und Indol als Ausgangssubstanzen. Die Umsetzung wird durch das Enzym Tryptophansynthase katalysiert und erfolgt in einer Wildtypmutante des Bakteriums Escherichia coli, die das Enzym konstitutiv überexprimiert.

Entscheidend ist dabei die Dosierung von Indol: Zu viel Indol hemmt die Umsetzung, zu wenig verlangsamt die Reaktion und verringert die Ausbeute.

Bisher war die Indolzugabe nicht optimal gesteuert. Durch Etablierung einer Online-Prozesskontrolle wurde nun die Raum-Zeit-Ausbeute optimiert.
Erreicht wurde dies durch Entwicklung eines innovativen Online-Analysesystems mit entsprechender Mess- und Regeltechnik. Im Bypass des Produktionsreaktors wurde ein 2-D-Fluorimeter an den Prozess angekoppelt.

Mithilfe mathematischer Modelle wurden anhand der aufgenommenen 2-D-Fluoreszenzspektren Vorhersagen über die Konzentrationsverläufe der beteiligten Substrate und des Produkts getroffen und eine optimale Regelung der Indoldosierung erreicht.


Projektziel:
Entwicklung und Einsatz eines Online-Analysesystems zur Optimierung der industriellen Tryptophanproduktion
Projektträger:
Universität Hannover Institut für Technische Chemie Prof. Dr. Thomas Scheper Callinstraße 3 30167 Hannover
Telefon:
0511/762-2269
Fax:
0511/762-3004
URL:
www.tci.uni-hannover.de
E-Mail:
scheper@iftc.uni-hannover.de
Links im Bild ist der Reaktor, rechts eine Durchflussmesszelle und oben im Bild ist das Steuerungssystem zu sehen.
2-D-Fluoreszenzmessung im Bypass des Produktionsreaktors