Projekt 11390/01

Veredelung regionaler Rohstoffe durch innovative Aufreinigungsverfahren

Projektträger

Leibniz Universit√§t HannoverZentrum Angewandte ChemieInstitut f√ľr Technische Chemie
Callinstr. 5
30167 HannoverZielsetzung und Anlass des Vorhabens Melasse kann mit chromatographischen Methoden entzuckert werden, wobei neben der Extraktion des Zuckers auch die gezielte Anreicherung anderer anspruchsvoller Melasseinhaltsstoffe m√∂glich ist. Hierbei handelt es sich um Pharma-Wirkstoffe und Biochemikalien, die ansonsten haupts√§chlich auf klassisch-chemischem Wege (Erd√∂lchemie) gewonnen werden k√∂nnen. Allerdings liegen diese Wertstoffe in geringen Konzentrationen (< 1%) im Rohstoff vor, so da√ü der Hauptaufwand zur Darstellung in der Aufarbeitung liegt. Deshalb mu√ü die Aufarbeitungsstrategie konsequent optimiert werden, um das Potential eines umweltfreundlichen Darstellungsverfahrens aus nachwachsenden Rohstoffen voll auszusch√∂pfen. Die durch das Verfahren bedingten hohen Verd√ľnnungseffekte f√ľhren dazu, da√ü bei der nachfolgenden Konzentrierung der Produktfraktionen ein hoher Energieaufwand betrieben werden mu√ü. Durch Fraktionierungsfehler kommt es zwangsl√§ufig zu suboptimalen Produktreinheiten und Ausbeuten. Dadurch erh√∂hen sich bei den nachfolgenden Ionenaustauschprozessen die auftretenden Salzfrachten sowie Abwasservolumen und -belastung. Durch moderne Analysesysteme soll das Verfahren effizienter gesteuert werden, um diese Umweltbelastungen abzubauen Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenMit Hilfe innovativer Biosensor-Analysesysteme soll eine kontinuierliche Chromatographieproze√üanalyse erfolgen, die direkt zur Bestimmung der Schnittgrenzen der Produktfraktion herangezogen werden kann. Dadurch wird eine Reduzierung der Chromatographiezyklen erm√∂glicht und eine h√∂here Ausbeute und Produktreinheit erreicht. Die detaillierte Proze√üanalytik wird damit zu einer erheblichen Einsparung an Energie und Speisewasser, einer Reduktion von Abwasservolumen und einer Verminderung von CSB-, Stickstoff- und Salzfrachten f√ľhren. Gleichzeitig erniedrigen sich die Menge an Aktivkohleabfall sowie nicht mehr in den Proze√ü r√ľckf√ľhrbarer Mutterlaugen. In enger Zusammenarbeit mit der AMINO GmbH wird am Institut f√ľr Technische Chemie ein Bioanalysesystem aufgebaut und mit einer Kontroll- und Auswertesoftware versehen. Das Analysesystem kann als Stand-alone-Version an den Proze√ü angekoppelt werden und die Me√üdaten direkt an das Proze√üleitsystem weiterreichen. Das System wird vor Ort eingesetzt, getestet und anschlie√üend optimiert. Modellhaft soll in dem Pilotprojekt an einem bestehenden Produktionsverfahren (Serindarstellung) das Potential einer Verfahrensoptimierung (beispielhaft durch intelligente Proze√üanalytik) f√ľr eine Umweltschutzverbesserung gezeigt werden. Ergebnisse und Diskussion Durch die Arbeiten konnte ein leistungsf√§higer Biosensor zur Analytik von Serin in Zuckerr√ľbenmelasse entwickelt werden. Verschiedene Enzymsysteme wurden auf ihre Serin-Spezifit√§t untersucht und mit Proben aus dem Chromatographieproze√ü getestet. Der Biosensor mit der D-Aminos√§ure-Oxidase reagiert nicht selektiv genug auf das vorhandene D-Serin, sondern das Enzym setzt bevorzugt D-Tyrosin um, welches ebenfalls in den Proben enthalten ist. Durch den Einsatz des Enzymsystems D-Serin-Dehydratase/Lactat-Dehydrogenase wird dieses Selektivit√§tsproblem umgangen, da im zweiten Schritt der Reaktion nur Pyruvat umgesetzt wird. Das immobilisierte Enzym wurde in ein FIA-System integriert, das die Analyse einer Probe in 2,5 Minuten erm√∂glicht. Der Verlauf der Serin-Konzentration in der Trennkolonne wird sicher erfa√üt, ein f√ľr Steuerung und Optimierung wichtiger Parameter. In Zusammenarbeit mit der AMINO GmbH wurde die Kombination des FIA-Systems mit dem Probenahmesystem durchgef√ľhrt. Es erfolgte die Untersuchung, wie schnell, wie h√§ufig und wie drastisch die Verschiebungen der Schnittgrenzen erfolgen. So konnten genauere Daten √ľber die Gr√∂√üe der Umweltbelastung vor und nach dem Biosensoreinsatz erhalten (betriebliches Umweltkostenmanagement) werden. Durch den Einsatz des Biosensorsystems k√∂nnen erhebliche Verbesserungen in Bezug auf die Produktausbeute und somit auf den produktionsspezifischen Energieanteil erreicht werden. Weiterhin kann der Einsatz von Chemikalien und der Wasserverbrauch gesenkt werden. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Artikel ¬∑ P. Sosnitza, F. Irtel, R. Ulber, M. Busse, R. Faurie, L. Fischer, T. Scheper, Biosensors for supervision of industrial chromatographic down stream processing in biotechnology, Biosensors & Bioelectronics 13 (1998) 1251-1255 ¬∑ R. Ulber, T. Wei√ü, D. Steuber, D. Kosemund, R. Faurie, P. Sosnitza, K. Plate, H. Buchholz, W. Demmer, L. Fischer, T. Scheper, Sinnvolle Verwandlung, BioTec 4 (1999) 44-46 ¬∑ R. Ulber, R. Faurie, P. Sosnitza, L. Fischer, E. St√§rk, C. Harbeck, T. Scheper, Monitoring and control of industrial down stream processing of sugar beet molasses, J. of. Chromatogr., submittedPoster ¬∑ P. Sosnitza, F. Irtel, R. Ulber, M. Busse, H.-J. Danneel, R. Faurie, L. Fischer, T. Scheper, Biosensoren f√ľr Down-Stream Processing in der Biotechnologie, DECHEMA 1998, Wiesbaden, GermanyVortrag ¬∑ P. Sosnitza, F. Irtel, R. Ulber, M. Busse, R. Faurie, L. Fischer, T. Scheper, Biosensors for supervision of industrial chromatographic down stream processing in biotechnology, Biosensors 1998, Berlin, Germany Fazit Durch den Einsatz eines innovativen Biosensorsystems konnte exemplarisch an der industriellen Melasseentzuckerung gezeigt werden, da√ü durch diese Analysemethode eine deutliche Verbesserung der Umweltfaktoren erzielt werden kann. Die bisher produktunspezifischen Analyseverfahren konnten durch eine spezifische Analytik f√ľr die Aminos√§ure Serin erweitert werden. Die AMINO GmbH ist somit in der Lage, die Schnittgrenzen der Serinfraktion w√§hrend des chromatographischen Prozesses genau zu verfolgen. Durch die gezielten Schnittgrenzen kann eine h√∂here Produktreinheit und -ausbeute erreicht werden. Dadurch k√∂nnen Rechromatographieprozesse eingespart werden, was sich in einer deutlichen Reduktion des Chemikalien- und Abwasserverbrauchs widerspiegelt.

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