Das Projekt "Verwertung von Abfallfett mit Lipasen und/oder lipolytisch wirkenden Mikroorganismen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Industrieforschungszentrum Biotechnologie durchgeführt. In der Lebensmittelindustrie, Land- und Kommunalwirtschaft fallen fetthaltige Abwaesser an, die die Umwelt zunehmend belasten. Um die Beseitigung der Abfallfette umweltschonend zu gestalten, sind Moeglichkeiten der biochemischen Fettspaltung zu pruefen. Ziel ist, Wirkstoffe zur Biokonversion zu entwickeln und Wirkbedingungen kostenguenstiger Lipasen und/oder lipolytischer Mikroorganismen zu ermitteln. Erkenntnisse sollen gewonnen werden ueber: Fettzusammensetzung und Eignung in Abhaegigkeit von Herkunft; Emulgationsverhalten mit biologischen Wirkstoffen; Eigenschaften, Kinetik und Wirkung von Lipasen (Gemischen); Verwertungsmoeglichkeiten und rentable Prozessgestaltung als Grundlage fuer Technologieentwicklungen.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Gentechnische Modifikation von Lipasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von c-LEcta GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung neuer biobasierter Tensidsysteme, die möglichst zu 100 Prozent auf Basis nachwachsender Rohstoffe und über 'grüne' Reaktionstechnik hergestellt werden sollen. Dazu ist geplant, pflanzliche Lipide intelligent mit Proteinen und Kohlenhydraten zu neuen polymeren 'Biotensiden' zu verknüpfen. Die Nutzung einer Kombination von Nachhaltiger Chemie, Enzymkatalyse und Fermentation in enger Kopplung mit modernen Aufarbeitungstechnologien soll eine schnelle Umsetzung der Projektideen hin zu Produktmustern und Herstellprozessen gewährleisten. Die Zielprodukte sollen in hoher Qualität und Reinheit hergestellt werden, die auch kosmetischen Anforderungen genügen. Neben positiven Anwendungs- und Formulierungseigenschaften steht auch die gute biologische Abbaubarkeit der Zielprodukte im Fokus. Die Umweltverträglichkeit der Produkte soll über Life Cycle Assessment Studien verifiziert werden. Im Fokus des vorliegenden Teilvorhabens stehen zum einen Untersuchungen zum Biosynthese-Weg der Biotensid-Synthese in Candida bombicola. Dafür soll die Hefe einer molekularbiologischen Manipulierbarkeit zugängig gemacht werden. Zum anderen sollen neuartige und optimierte Lipasen für die Synthese von Tensiden entwickelt werden. Dazu ist die Entwicklung von Screening-Assays zur Generierung optimierter Enzyme notwendig.
Das Projekt "Reinigung industrieller Abwaesser unter Einsatz thermophiler Mikroorganismen und Enzyme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Arbeitsbereich Bioprozess- und Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Eine Vielzahl organisch verunreinigter, industrieller Abwaesser fallen als heisse Prozessstroeme an. Die Entwicklung eines Verfahrens zur direkten biologischen Abwasserreinigung unter Ausnutzung des Abbaupotentials thermophiler Mikrorganismen haette wesentliche Vorteile gegenueber mesophilen Verfahren. Das Loeslichkeitsverhalten der Verunreinigungen sowie der uebergang von fester zu fluessiger Phase bei hoeherer Temperatur gelten als vorteilhaft fuer die Abbaubarkeit von schwerloeslichen Substraten wie z.B. Fetten. Stofftransportvorgaenge werden erleichtert und eine bessere Energiebilanz ist zu erwarten, da aufwendiges Kuehlen der Abwasserstroeme ueberfluessig waere. Gleichzeitig erfolgt eine weitgehende Hygienisierung des Ueberschussschlammes. Bei einem Screening-Programm nach geeigneten thermophilen Mikroorganismen wurde z.B. ein Organismus isoliert, welcher bis 70 Grad C. auf Olivenoel gutes Wachstum zeigt und grosse Mengen fettspaltenden Enzyms (Lipase) produziert. Eine erste Anwendung dieses Mikroorganismus wird hier kurz am Beispiel der aerob-thermophilen Behandlung von Wollwaschwasser beschrieben. Dieses Abwasser aus der Wollentfettung zeichnet sich durch einen hohen Fettgehalt aus und gilt wegen der vermeintlichen schlechten biologischen Abbaubarkeit seiner Inhaltsstoffe als besonders problematisch. Das Wollwaschwasser faellt aus dem Prozess mit Temperaturen von 55-65 Grad C. an und ist daher praedestiniert fuer ein thermophiles Verfahren. Bei den durchgefuehrten Experimenten zur aerob-thermophilen Behandlung des Wollwaschwassers stellte sich bei 65 Grad C. bereits nach kurzer Zeit eine stabile Biomasse und ein konstanter TOC (total organic carbon)- Abbaugrad von 50 Prozent ein. Auch ergab sich dabei, dass ein aerobes Verfahren in Bezug auf ausreichenden Sauerstoffeintrag durchaus zu verwirklichen ist. In diesem Zusammenhang war bereits gezeigt worden, dass der Sauerstoff Eintrag bei hohen Temperaturen wesentlich guenstiger verlaeuft, als es die Temperaturabhaengigkeit der O2-Loeslichkeit in Wasser vermuten laesst. Theoretische Berechnungen sowie Messungen zwischen 30 Grad C. und 90 Grad C. ergaben, dass dafuer die ueberproportionale Zunahme des Diffusionskoeffizienten mit steigender Temperatur entscheidend ist. Neben der weiteren Entwicklung eines Verfahrens zur thermophilen Behandlung fetthaltiger Abwaesser wird eine detaillierte Charakterisierung der thermophilen Lipase angestrebt.
Das Projekt "Biokatalyse 2021 P44 - Steuerung der Reaktionsselektivität der biokatalytischen Fettsäureestersynthese" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Evonik Industries AG durchgeführt. 'In der industriellen Produktion von Polyolestern sind Verfahren gefragt, die es erlauben Produkte mit definierten Subtitutionsmustern zu synthetisieren. Daher ist Ziel des Projektes die Steuerung der Reaktionsselektivität der biokatalytischen Fettsäureestersynthese durch die Nutzung neuer Biokatalysatoren und die Etablierung einer Inprozesskontrolle mittels FTIR (Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie). Einfluss auf die Biotransformation kann dabei durch die Wahl des Katalysators genommen werden und/oder durch eine Regelung des Prozesses basierend auf einer kinetischen Differenzierung (z.B. Fed-Batch, Abbruchzeiten). Der Fokus der Arbeiten liegt auf der selektiven Veresterung von polyfunktionalisierten Alkoholen wie z.B. Glycerol und Polyglycerol mit verschiedenen Fettsäuren und Fettsäuregemischen zu Mono- bzw. Diestern, welche u.a. als Emulgatoren in kosmetischen Formulierungen ihren Einsatz finden. Die erhaltenen Produkte werden bei Evonik physikochemisch charakterisiert und in der Anwendungstechnik auf ihre Eigenschaften getestet. Neben den in der AG Streit vorhandenen Enzymen sollen kommerzielle Lipasen auf die gewünschten Eigenschaften, nämlich unterschiedliche Reaktivitäten bzgl. Mono-, Di- und Triestern, hin geprüft werden. Darüber hinaus soll im Rahmen einer funktionalen und sequenzbasierten Metagenomsuche nach ähnlich Enzymen gesucht werden, um so ggf. noch bessere Varianten der bisher gefundenen Enzyme zu erhalten. Dabei soll auch der Weg der de novo Gensynthese eingeschlagen werden. Auf diese Weise wird eine sogenannte Toolbox mit robusten Lipasen aufgebaut, die alle in der Lage sind, Polyole unter industrienahen Bedingungen zu verestern. Am Institut für Technische Biokatalyse soll die umsatzabhängige Analyse der Fettsäureveresterung von Polyolen durchgeführt werden. Die Arbeiten beginnen mit der Analyse der Veresterung von Glycerin mit einer Fettsäure und werden dann auf die Veresterung mit einem Fettsäuregemisch erweitert. Im Fokus steht hier die Kontrolle der Reaktionsselektivität, welche dann zur Steuerung des Prozesses genutzt werden soll. Die Kenntnis der Kinetik der mehrstufigen Reaktion soll dann die selektive Synthese von Mono- bzw. Diestern erlauben. Vorarbeiten hierzu sind bereits erfolgt (Müller et al. 2011). Die Prozesssteuerung mittels FT-IR wird im Labormaßstab etabliert und bei Evonik im 200 kg Maßstab in einer Technikumsblasensäule übertragen werden '
Das Projekt "CEEPOx - Entwicklung einer Systemlösung für chemo-elektro-enzymatische Percarbonsäure-vermittelte Oxidationsreaktionen am Beispiel der Erzeugung chiraler Monoterpene" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Mikrobiologie, Professur für Molekulare Biotechnologie durchgeführt. Oxidationen unter Vermittlung hochreaktiver Persäuren stellen eine wichtige Gruppe chemischer Reaktionen mit vielfältigem synthetischem Potential dar. Hervorzuheben sind beispielsweise die Prileschajew-Oxidation zur Erzeugung von Epoxiden, die Bayer-Villiger-Oxidation zur Synthese von Estern (speziell Lactonen) und die Rubottom-Oxidation zur Darstellung von ?-Hydroxyaldehyden und -ketonen. Bei stöchiometrischem Einsatz der essentiellen Persäuren, beispielsweise m-Chlorperbenzoesäure, ist die Realisierung der Reaktionen im technischen Maßstab jedoch unter ökologischen wie sicherheitstechnischen Aspekten problematisch, da die Bereitstellung der Persäuren zum einen den nicht katalytischen Einsatz starker Mineralsäuren und zum anderen den Transport und die Handhabung konzentrierter Lösungen dieser explosiven Reaktanden in großen Mengen erfordert. Abhilfe kann durch die in situ Erzeugung der Persäuren gekoppelt mit dem direkten Umsatz im Reaktionsverlauf geschaffen werden. Unter besonders milden und umweltverträglichen Bedingungen ist dies bei Verwendung von Biokatalysatoren, konkret Vertretern von (Per)Hydrolasen wie Lipasen und Esterasen, möglich. Zielstellung des Projektes ist die Entwicklung einer Systemlösung zur technischen Realisierung Persäure-vermittelter Oxidationsreaktionen unter elektro-enzymatischer in situ Generation der Persäuren am Beispiel der Prileschajew-Oxidation bicyclischer Monoterpene (z.B. Pinen).
Das Projekt "Erfassung des hydrolytischen Potentials von Biogasanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Biologie, Institut für Pflanzenwissenschaften und Mikrobiologie, Abteilung Mikrobiologie und Biotechnologie durchgeführt. In Biogasanlagen laufen mit Hinblick auf die primäre Zersetzung der hochpolymeren Biomasse (Cellulose, Hemicelllulose, Fette, Lignin, Stärke und ggf. anderer Polymere) sehr komplexe Prozesse ab, an denen primär pilzliche und bakterielle Hydrolasen beteiligt sind. Um diese Prozesse zu optimieren und dabei mögliche Engpässe zu erkennen, ist eine umfassende Charakterisierung des hydrolytischen Potentials aller Mikroorganismen (kultivierbar und nicht-kultivierbar) in ausgewählten Biogasanlagen notwendig. Für die geplanten Arbeiten werden Proben unterschiedlicher Standorte analysiert. Prinzipiell werden alle Proben genutzt, um in vitro Aktivitätsmessung für hydrolytische Aktivitäten durchzuführen. Entsprechend werden die in der Biogasanlage vorhandenen Mikroorganismen quantitativ von den zugegebenen Pflanzenmaterialien isoliert. Die gewonnenen Zellen werden einerseits aufgeschlossen um direkt Enzymaktivitäten zu messen und andererseits werden die Zellen als intakte Zellen genutzt, um im Rahmen von Biotransformation die Aktivitäten auf Polymeren Substraten zu messen Standardtest, die dabei zur Anwendung kommen, werden folgende Enzymreaktionen erfassen und quantifizieren: Cellulasen (Endo-, Exo-Cellulasen, auf löslicher Cellulose und kristalliner), Cellobiosidasen, Lipasen, Esterasen.
Das Projekt "Isolierung extrem thermophiler, oelabbauender Mikroorganismen und Erforschung der extrazellulaeren Enzyme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Arbeitsbereich Bioprozess- und Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Extrem thermophile Mikroorganismen koennen eine Vielzahl von interessanten Enzymen, wie z.B. Lipasen, oelabbauende Enzyme, produzieren. Zur Optimierung des geringen Wachstums dieser Bakterien werden Kultivierungstechniken eingesetzt, die zu besonders hohen Zelldichten fuehren. Der Einfluss verschiedener Parameter auf das Zellwachstum, die Enzymsynthese und die Enzymaktivitaet sollen als Voraussetzung fuer die Isolierung, Reinigung und Charakterisierung der verschiedenen Lipasen untersucht werden. Weiterhin dienen diese Untersuchungen zur Aufklaerung einiger grundlegender Fragen ueber funktionellen Eigenschaften und Stabilitaet oelabbauender Enzyme unter extremen Bedingungen. Resultierend aus den Ergebnissen dieses Projektes sollen die neu isolierten Mikroorganismen bei industriellen Verfahren Anwendung finden und die thermostabilen Lipasen zum oelabbau eingesetzt werden.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Greifswald, Institut für Biochemie, Abteilung Biotechnologie und Enzymkatalyse durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer effizienten biokatalytischen Methode zur Acylierung von nachwachsenden Rohstoffen in Form von pflanzlichen Polysacchariden mit Fettsäuren zur Herstellung von amphiphilen Polysacchariden. Diese qualitativ-hochwertigen bio-basierten Produkte sollen, alternativ zu den herkömmlichen chemischen Methoden, mit Hilfe von maßgeschneiderten Lipasen hergestellt werden. Amphiphile Polymere spielen eine große Rolle in Anwendungen für Lebensmittel, Pharmazeutika und Kosmetika, aber auch bei technischen Anwendungen als Binder, Coating und Detergenz. Zur Zeit kommen hierfür petro-basierte synthetische Copolymere zum Einsatz. Die Kombination und Integration von spezifischem Know-how im Protein-Engineering von Lipasen und deren Einsatz in der Modifikation von Polysacchariden ermöglichen neue Wege zur Herstellung von bio-basierten Produkten mit attraktiven Eigenschaften.
Das Projekt "Nachhaltige Synthese chiraler alpha-Hydroxyketone durch gekoppelte enzymatische und chemische Katalyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Mikrobiologie, Professur für Molekulare Biotechnologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die rationale Entwicklung eines nachhaltigen Syntheseansatzes zur Herstellung enantiomerenreiner alpha-Hydroxyketone als attraktive Schlüsselverbindungen für Pharmaka und Feinchemikalien. Innovative Schlüsseltechnologie ist die dynamisch-kinetische Racematspaltung, die durch integrierte chemisch katalysierte Racemisierung der Ausgangsenantiomere eine quantitative, hoch enantioselektive Darstellung der Zielenantiomere ermöglicht. Dieser ressourcenschonende Zugangsweg substituiert bisherige materialintensive und sicherheitsaufwändige organisch-synthetische Zugangswege und erweitert signifikant das Spektrum möglicher Produkte mit hohem Marktpotenzial. Die Vorhabensziele werden durch Entwicklung adäquater Routen zur Bereitstellung der racemischen Vorstufen und die Identifizierung, Optimierung und Bereitstellung von Biokatalysatoren mit hoher Stabilität und breitem Produktspektrum erreicht. Die praktische Relevanz des Ansatzes wird anhand der Herstellung ausgewählter Zielverbindungen im wiederholten Eintopfverfahren demonstriert.
Das Projekt "InnovationsCentrum Biokatalyse ICBio - Enzymatische Altfettalkoholyse zur Herstellung von Wertstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Ökologische Chemie und Abfallanalytik durchgeführt. In der metallverarbeitenden Industrie werden Mineralölprodukte zum Kühlen und Schmieren der Werkzeuge und Werkstücke eingesetzt. Diese Kühlschmierstoffe (KSS) gelten nach ihrem Standzeitende in der Regel als besonders überwachungsbedürftige Abfälle. Trotz technologischer Vorteile finden biologisch abbaubare Esteröle wegen ihres hohen Preises kaum Verwendung als KSS. Ziel des Projektes war es, mit Hilfe biotechnologischer Verfahren und unter Einsatz von Altfetten preisgünstige Alternativen der Esterölherstellung und des Einsatzes als Kühlschmierstoff zu entwickeln. Die bekannte chemische Reaktion Fett + Alkohol Ester(öl) + Glycerol läuft bei hoher Temperatur um 250 Grad C, hohem Druck und/oder unter Verwendung von Katalysatoren ab. Mit Hilfe von Enzymen (Lipasen) war es der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) möglich, die Reaktion in einem einstufigen Prozess bei Temperaturen von 50 bis 70 Grad C mit hohen msatzraten durchzuführen. Durch die Kombination unterschiedlicher Modell- und Altfette mit verschiedenen Alkoholen wurden von der BAM über 40 Esteröle hergestellt und Eigenschaften wie Flammpunkte, Dichten, Viskositäten und Pour-Points bestimmt. Anhand dieser Kennzahlen, der Umsatzraten und der Alkoholpreise wurden drei Esteröle aus Altfett, Erdnussfett und Rindertalg ausgewählt und in größeren Mengen im 100 Liter-Reaktor hergestellt. Die Einsatztauglichkeit dieser drei Esteröle als Kühlschmierstoffe wurde durch Metallbearbeitungstests am Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig (IWF) ermittelt. In einem nächsten Schritt wurden nach Optimierungsuntersuchungen über den Prozess der enzymatischen Alkoholyse in einem 3 t-Reaktor 3000 L Esteröl aus Altfett und 2-Ethyl-1-Hexanol hergestellt. Die Testung des Esteröls als Kühlschmierstoff erfolgte in der Serienfertigung von Pkw-Komponenten. Das Ergebnis der Untersuchungen ist, dass die enzymatisch hergestellten Esteröle hinsichtlich ihrer schleif- und kühlspezifischen Eigenschaften den Anforderungen prinzipiell gerecht werden. Technologische Probleme gab es dagegen mit der Filtrierung. Diese Unregelmäßigkeiten hatten ihre Ursache in der Reaktion des Ca-haltigen Filtermaterials mit im Esteröl enthaltenen freien Fettsäuren unter Bildung von Carboxylaten (Ca-Seifen). Parallel zu den technologischen Untersuchungen wurde der gesamte Lebensweg des Produkts Kühlschmierstoff ökobilanziert und es wurden Kostenrechnungen aufgestellt.
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