Förderschwerpunkt Biotechnologie: ChemBioTec: Entwicklung innovativer selektiver Adsorbermaterialien zur ökoeffizienten Aufarbeitung von beta-Lactamantibiotika

Description: Ziel des Vorhabens ist die selektive Isolierung von fermentativ hergestellten Beta-Lactamantibiotika aus komplexen Stoffgemischen unter anschließender magnetischer Separation. Das Verfahren soll im frühen Stadium der Aufarbeitung eingesetzt werden, um die Antibiotika zu stabilisieren und damit die Ausbeute an Produkt zu erhöhen. Durch die magnetische Separation im HGMF-System ist eine Fest/Fest/Flüssig-Trennung und somit ein erheblicher Zeitgewinn im Downstream-Prozess möglich. Zusätzlich kommt es zu einer Einsparung an Lösungsmittel und Energie innerhalb des Prozesses, was in ökologischer Hinsicht einen interessanten Aspekt darstellt. Zur Grundbeschichtung und Derivatisierung mit einer selektiven Adsorbermatrix werden magnetisierbare Eisenoxidpartikel eingesetzt, die in einer Silica- bzw. Polyvinylalkohol-Matrix eingebettet sind. Als Modellsubstanz dient zum einen die Toluolsulfonsäure, für die die Selektivität der Adsorberphase gegenüber Benzoesäure nachgewiesen werden konnte. Für das Imipenem, das hier als Modellcarbapenem verwendet wird, wird ebenfalls eine Adsorberphase synthetisiert. Diese soll auf Selektivität in Wasser und verschiedenen Modellmedien getestet werden. Zusätzlich werden die Abbauprodukte des Imipenem analysiert, um eine Aussage über die Stabilisierung des Imipenem durch die selektive Adsorbermatrix treffen zu können. Diese Ergebnisse werden mit einem kommerziell erhältlichen Adsorbern verglichen. Da es sich bei dem Fermentationsmedium um ein viskoses Medium handelt, ist es notwendig die Separationskammer des HGMF für diese Bedingungen zu optimieren. Hierzu werden verschiedene Simulationen der erzeugten Magnetfelder und des Flusses durch die Kammer durchgeführt. Die aus den Simulationen gewonnenen Erkenntnisse sollen anhand von Separationsversuchen der magnetischen Beads aus einer Fermentationsbrühe verifiziert werden.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Antibiotikum ? Benzoesäure ? Eisenoxid ? Siliziumdioxid ? Fluss ? Adsorptionsmittel ? Lösungsmittel ? Fermentation ? Verfahrensoptimierung ? Beschichtung ? Qualitätsmanagement ? Chemische Verfahrenstechnik ? Abbauprodukt ? Biotechnologie ? Energieeinsparung ? Simulation ? Stoffgemisch ? Trennverfahren ? Wirtschaftlichkeit ? Magnetismus ? Partikel ? Stofftrennung ? Wirtschaftliche Aspekte ? Isolierung ? Selektivität ? Toluolsulfonsäure ? Werkstoffkunde ?

Region: Rheinland-Pfalz

Bounding boxes: 7.5° .. 7.5° x 49.66667° .. 49.66667°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Bundesstiftung Umwelt (Geldgeber*in)
• Hochschule Trier - Trier University of Applied Sciences, Umwelt-Campus Birkenfeld, Fachrichtung Verfahrenstechnik, Lehrgebiet Bioaufarbeitung (Mitwirkende)
• Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Lehrgebiet für Biophysik und Ultrakurzzeitspektroskopie (Mitwirkende)
• Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• instrAction GmbH (Mitwirkende)

Time ranges: 2009-11-01 - 2012-02-28

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Development of selective adsorber materials for downstream processing of beta-lactam antibiotics
  Description: Project aim is the selective isolation of fermentative produced beta-lactam antibiotics and the magnetical recovery of the adsorber from fermentation broth. This method is used in an early state of downstream processing to stabilize the antibiotics from degradation and to raise the product yield. By the use of the magnetical separation with a HighGradientMagneticFiltration (HGMF) system a one-step solid/solid/liquid partition from fermentation broth is possible. This leads to considerable time saving during the downstream process and in addition, reduction of energy and solvent amount for the purification. Magnetisable iron oxide particles with a shell of silica or polyvinyl alcohol are used as carrier for coating and derivatisation with a selective and highly porous adsorber matrix. Material screenings in concern to the selectivity of the adsorber matrices in water and different fermentation media have been done. A selective binding matrix for the isolation of the antibiotic Imipenem was found. Furthermore, detailed analyses of the different degradation products of Imipenem were fulfilled. These quantifications were essential to show the stabilizing effect for the antibiotics through adsorption onto the polymer adsorber. Finally, these results have been compared with commercially available, but only partially selective, adsorber were done. Because of the high viscous media and the suspended solids of the antibiotic fermentation, it was necessary to optimise the separation chamber of the HGMF system. Finite element simulations of the generated magnetic field and the flow through the separation chamber help to find the optimum arrangement of the magnetisable matrix. This allows passage of the biomass pellets under retaining of the magnetisable selective adsorbers. To verify the simulation results, separation experiments with magnetic beads and different matrix orientations are done. A numeric filter model for the separation process was established and now allows economic approximations. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1051687

Status

Aktiv

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