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Förderschwerpunkt Biotechnologie: Verbund Industrielle Nutzung von Biokatalysatoren, Entwicklung eines innovativen biotechnologischen Verfahrens zur Produktion hochwertiger Kohlenhydrate aus nachwachsenden Rohstoffen durch erstmaligen Einsatz des ext

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Aufgrund seines breiten Substratspektrums nimmt das thermoalkaliphile Bakterium Anaerobranca gottschalkii (vormals bogoriae) eine Sonderstellung unter allen extremophilen Mikroorganismen ein und verfügt über eine Fülle von biotechnologisch interessanten Enzymen. Ziel des Projekts war es, durch den Einsatz von Biokatalysatoren aus diesem Mikroorganismus nachwachsende Rohstoffe wie Stärke bzw. Amylopectin und Amylose zu hochwertigen Kohlenhydraten (Cyclodextrine, verzweigte Dextrine und Oligosaccharide) umzusetzen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Das Genom des thermoalkaliphilen Bakteriums Anaerobranca gottschalkii wurde zunächst partiell sequenziert. Ziel des Teilprojekts war es, unter geringstem möglichem Aufwand und innerhalb kürzester Zeit alle oder möglichst viele Gene des Kohlenhydratstoffwechsels zu identifizieren. Die partielle Genomanalyse erfolgte über eine so genannte shotgun-Seqenzierung. Dabei wurde die genomische DNA mechanisch geschert, kloniert und an den Fragmentenden sequenziert. In 14.865 Sequenzierungsansätzen wurden 11.634 brauchbare Sequenzen mit einer Rohsequenz von 11,97 Mbp generiert. Die produzierten Sequenzfragmente wurden in einer Datenbank zusammengefasst und assembliert. Anschließend erfolgte die bioinformatische Auswertung über eine automatisch vorgenommene und manuell nachbearbeitete Annotation. Sequenzlücken in biotechnologisch relevanten Genen wurden durch Primerwalking geschlossen. Den Projektteilnehmern wurden Passwortgeschützte Zugangsrechte auf den die Sequenzinformationen enthaltenen Server eingerichtet. Mit Hilfe dieser Sequenzinformation wurden Gene ausgewählter Kohlenhydrat-metabolisierender Gene kloniert und exprimiert und die rekombinanten Enzyme gereinigt. Die Substrat- und Produktspektren dieser Enzyme wurden mittels HPLC, High performance anion exchange chromatography (HPAEC), Dünnschichtchromatographie (DC) und size exclusion chromatography (SEC) charakterisiert. Um die Thermostabilität der CGTase zu erhöhen, wurden über Errorprone PCR Mutationen in das die CGTase kodierende Gen eingeführt und die mutierten Gene anschließend über DNA-shuffling neu rekombiniert. Die Genbank erhaltener, mutierter CGTase-Varianten wurde auf erhöhte Thermostabilität gescreent. Zur Abschätzung der Thermostabilität wurde die Schmelztemperatur verschiedener Mutanten mittels differential scanning calorimetry (DSC) bestimmt. Des Weiteren wurde ein System zur Tat-abhängigen heterologen, sekretorischen Expression etabliert. Dies geschah über die Herstellung von Fusionsgenen aus biotechnologisch interessanten Genen von A. gottschalkii und verschiedenen Signalsequenzen.

Entwicklung eines biotechnologischen Verfahrens zum mikrobiologisch/enzymatischen Aufschluss von Hanf zur textilen Fasergewinnung - Foerderschwerpunkt: Biotechnologie

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Seit 1996 darf Hanf in Deutschland wieder angebaut werden. Für Pflanzenzucht, Anbau und Weiterverarbeitung ergeben sich daraus viele neue Aufgabenstellungen, da auf Grund z.T. gravierend veränderter Randbedingungen und Anforderungen auf alte Verfahren nur sehr begrenzt zurückgegriffen werden kann. Eine Nachfrage von textilen Hanfprodukten von Seiten der Hersteller und Vertreiber ist nachweisbar vorhanden. Solange jedoch kein ökonomisch und ökologisch vertretbares Aufschlussverfahren zur Gewinnung von Lang- und Kurzfasern mit reproduzierbarer Qualität etabliert ist, wird es keinen Durchbruch beim textilen Einsatz von Faserhanf geben. Derzeit verfügbare Aufschlussverfahren sind ökologisch fragwürdig und/oder noch nicht ausreichend praxiserprobt. Erste Versuche mit chemisch aufgeschlossenem Hanf zeigen jedoch die grundsätzliche Verspinnbarkeit von Hanffasern auf OE-Spinngeräten. Ziel ist es daher den Aufschluss der Hanffaser soweit zu optimieren und zu standardisieren, dass Hanf im Bekleidungs- und Haustextilienbereich eingesetzt werden kann. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Das Projekt zielt auf die Übertragung natürlicher Aufschlussprozesse (Röste) in eine biotechnische, umweltverträgliche Anwendung. Zwei - möglicherweise kombinierbare - Varianten einer kontrollierten Prozessführung zur Weiterentwicklung der Feldröste sollen für ein Verfahren im größeren Maßstab erprobt und optimiert werden: a) Der Aufschluss getrockneten, entholzten Materials im Batch-Verfahren mit Hilfe ausgewählter Enzympräparate; b) eine kontrollierte, mikrobielle Röste von getrocknetem Grünhanf bei optimierter Temperatur und Feuchte unter Einsatz von Starterkulturen. Im Rahmen des umfassenden Projektansatzes ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Landwirten, Aufschlussbetreibern, Forschungsinstitutionen, Enzymherstellern und der Textilindustrie geplant. Die TransMIT GmbH koordiniert und bindet weitere Partner aus Hochschulen und dem Arbeitskreis 'Nachwachsende Rohstoffe' ein. Der Industrieverband Garne und Gewebe ist Ansprechpartner für Forschung und Industrie und formuliert die Anforderungen für die Verarbeitungsprozesse der Garn- und Gewebehersteller. Die Erprobung und Optimierung der angestrebten Aufschluss- und Verfeinerungsverfahren ist Aufgabe des Instituts für Angewandte Botanik, Hamburg. Die Firma Röhm Enzyme GmbH stellt Enzympräparate zur Verfügung. Das Faserinstitut Bremen übernimmt im Rahmen des Projektes die Beurteilung der erzielten Faserqualitäten und stellt Vorversuche zur Faserverarbeitung an. Fazit: Insgesamt konnte gezeigt werden, dass der Einsatz von Enzymen zum Aufschluss von Hanffaserbündeln so gestaltet werden kann, dass hinsichtlich Feinheit und Festigkeit Qualitäten erreicht werden, die den chemisch aufgeschlossenen Qualitäten vergleichbar sind. Damit steht eine interessante Alternative zu umweltbelastenden, chemischen Aufschlüssen zur Verfügung.

Verbund Sensorik in der Biotechnologie: Optimierung der Tryptophanproduktion durch Entwicklung neuartiger Biosensoren bei der Amino GmbH - Foerderschwerpunkt: Biotechnologie

Bei der biotechnologischen Produktion des für den Menschen essentiellen und hochwertschöpfenden L-Tryptophans im Betrieb der AMINO GmbH dienen die Aminosäure Serin, welche betriebsintern aus Zu-ckerrübenmelasse gewonnen wird, und die Chemikalie Indol als Ausgangssubstanzen, die mit dem Enzym (Biokatalysator) Tryptophansynthase zu Tryptophan umgesetzt werden. Bei dem Prozess wird nicht das hochreine Enzym eingesetzt, sondern eine Wildtypmutante von Escherichia coli verwendet, die das Enzym intrazellulär anreichert. Zur optimalen Prozessführung ist es notwendig, die Serin-, Indol- und Tryptohankonzentration zu messen, um die gesamte Reaktionskinetik und die variierende Biokatalysatoraktivität ständig zu erfassen und die Reaktandenkonzentration dementsprechend optimal einzustellen. Nur so kann in kurzer Zeit unter optimaler Katalysatornutzung und -schonung die maximale Produktivität erreicht werden, die direkt eine Umweltentlastung und Einsparung von Ressourcen mit sich bringt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung und der Einsatz eines innovativen Messsystems, mit Hilfe dessen es möglich ist, aktuelle Prozesszustände schneller zu erfassen und somit die Prozessführung dahingehend zu optimieren, dass eine maximale Raum-Zeit-Ausbeute, ein geringer Indolverbrauch sowie eine hohe Produktkonzentration gewährleistet sind. Dazu wird ein 2-D-Prozessfluorimeter an den Prozess angekoppelt, das online alle Fluorophore (unter Fluorophoren versteht man Substanzen, die beim Be-strahlen mit Licht einer bestimmten Farbe Licht einer anderen Farbe ausstrahlen) innerhalb kürzester Zeit erfassen kann. Die gewonnenen Messdaten werden mit unterschiedlichen Verfahren analysiert. Die Datenauswertung und Prozessregelung wird mit in das Projekt einbezogen, um dem komplexen Zusammenspiel von Biotransformation, Prozessmonitoring und Prozessregelung zur Maximierung der Raum-Zeit-Ausbeute im Sinne einer ressourcenschonenden Prozessführung gerecht zu werden. Durch die bereits bestehende Erfassunginnerbetrieblicher Stoffströme wird eine bilanzierende Bewertung im Sinne eines betrieblichen Umweltkostenmanagments für dieses modellhaft in die Praxis umgesetzte Forschungsprojekt möglich sein: dadurch können qualitative und quantitative Umweltentlastungen oder Ressourcenschonungseffekte anhand valider Fakten festgehalten und beispielhaft dargestellt werden.

Verbund Sensorik in der Biotechnologie: Öffentlichkeitsarbeit sowie fachliche und logistische Koordination des Gesamtverbunds Entwicklung und praktische Erprobung innovativer Sensoren mit dem Ziel des produkt- bzw. p

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Um den Wirtschaftsstandort Deutschland auch nach der Jahrtausendwende attraktiv und ausbaufähig zu gestalten, ist es nicht nur nötig, neue Verfahren und Produktionsprozesse zu entwickeln. Vielmehr ist es unerlässlich, neue und bestehende industrielle Produktionsprozesse an dem Leitbild 'Sustainable Development' (Nachhaltigkeit) zu orientieren. Nur durch die Entwicklung neuer umweltentlastender oder ressourcenschonender Technologien, Produkte und Produktionsprozesse wird sich ein Wirtschaftsstandort Deutschland in ökonomischer und ökologischer Sicht stabil, sicher und richtungsweisend entwickeln können. Dieses soll im Verbund durch den Einsatz von Biosensorsystemen erreicht werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Die Ziele des Verbunds Sensorik lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. Definition von Prozessleitgrößen in bestehenden und zu entwickelnden Prozessen, um eine Umweltentlastung und Ressourcenschonung unter ökonomischen Gesichtspunkten zu erreichen. 2. Planung, Konzeption und Aufstellung von Analysensystemen, um diese Prozessleitgrößen unter den vom Prozess vorgegebenen Zeitkonstanten zu erfassen. 3. Erhalten, Definition und Erarbeitung von Datenauswertungs- und Prozessregelstrategien. 4. Optimierung und Einsatz der Analysensysteme an den realen Prozessen. 5. Bereitstellung der Messdaten für ein betriebliches Umweltkostenmanagement. 6. Ausarbeitung der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Prozesse. 7. Bereitstellung valider Daten, um die Umweltentlastung und Ressourcenschonung durch biotechnologische Verfahren/Produkte im Sinne eines produkt- und produktionsintegrierten Umweltschutzes aufzuzeigen. Ziel des Koordinations-Projekts war es, den Gesamtverbund flexibel und effizient zu gestalten und jederzeit die Resultate und Aufgaben den anderen Partnern zukommen zu lassen. Hier wurde besonderer Wert darauf gelegt, einzelne Problemstellungen nicht unabhängig voneinander zu bearbeiten, sondern die Einzelarbeiten aufeinander abzugleichen. Über den Koordinator sollten öffentlichkeitswirksame Kontakte hergestellt werden, die den Verbund in seiner Gesamtheit der Öffentlichkeit aber auch interessierten Industriepartnern im In- und Ausland vorstellen. Hier wurde auch eine aktive Einbeziehung der Medien, der Politik und der Verbände (Industrie- und Umweltverbände) angestrebt, um eine schnelle Verbreitung der erzielten Ergebnisse zu erreichen. Fazit: Die Koordinationsstelle war für die Organisation und Durchführung verschiedener Veranstaltungen verantwortlich, im Rahmen derer die beteiligten wissenschaftlichen Projekte präsentiert wurden. Darüber hinaus wurde die Koordinationsstelle von den Projektpartnern für die organisatorische Unterstützung der Einzelprojekte in Anspruch genommen. Sie war auch Keimzelle vieler Aktivitäten der verschiedenen TF-Gruppen. Diese Aktivitäten wurden allerdings nur sehr zögernd von den Projektpartnern angenommen.

Biotechnologie in der Lebensmittelwirtschaft: Innovative Problemlösungen in Kooperation zwischen Hochschulen und mittelständischen Industrieunternehmen, Optimierung von DNA-Arrays zur Analyse von Milch und Milchprodukten

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Das deutsche Lebensmittelrecht schreibt für Milch und Milchprodukte zahlreiche Qualitätskontrollen vor. Ziel der z.T. mehrtägigen, erst nach Ablauf des Produktionsprozesses durchgeführten Tests ist es, den Verbraucher vor Krankheitserregern, wie z. B. coliformen Bakterien, zu schützen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Seiten des Verbraucherschutzes und nicht im Bemühen, potenzielle Fehlproduktionen und die damit verbundenen Umweltbelastungen zu verhindern, die bei der Entsorgung der Fehlchargen und der Reinigung der Fermenter entstehen. Kernpunkt des vorliegenden Projekts war es, potenzielle Fehlchargen bei der Herstellung von Milchprodukten bereits im Vorfeld der Milchverarbeitung zu erkennen und zu vermeiden, indem mit Hilfe der Mikroarray-basierten Gen-Analyse alle wichtigen biologischen Parameter simultan erfasst werden, die Auskunft über den Zustand der zu verarbeitenden Milch bzw. über die Aktivität der Starterkulturen während der Milchfermentation geben. Auf Basis der neuen Methode der DNA-Chip-Technologie soll dafür ein schnelles und kostengünstiges Analysesystem aufgebaut werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Die neue Technologie der DNA-Chip-Hybridisierung bietet die Chance, ein Monitoring-System zu entwickeln, das in einem Arbeitsgang die erforderlichen Informationen über die mikrobiologische Zusammensetzung und das genetische Potenzial der an der Fermentation beteiligten Mikroorganismen liefert und damit eine Prognose über den Fermentationsverlauf erlaubt. Die Aufgaben des Projekts sind folgende: 1. Festlegung der für die Beurteilung der Milch und deren Verarbeitung erforderlichen Gen-Analysen. 2. Optimierung der Gen- und Organismusspezifischen Oligonukleotidsequenzen im Hinblick auf maximale Hybridisierungseffizienz und minimale unspezifische Bindungsreaktionen der Sonden auf dem DNA-Mikroarray. 3. Optimierung der Funktionalität derartiger DNA-Chips und Erprobung ihrer Einsetzbarkeit für die frühzeitige Erkennung von Milch-Fehlfermentationen unter Praxisbedingungen. Fazit: Trotz erfolgreicher Ausarbeitung eines Verfahrens, das erstmals die Simultan-Analyse diverser Mikroorganismen und deren genetischen Eigenschaften in Starterkulturen und Milchprodukten mit Hilfe der DNA-Mikroarray-Technologie erlaubt, wird die Milchindustrie dieses Verfahren angesichts des enormen Kostendrucks und des derzeitigen Preisverfalls bei den bisherigen Analyseverfahren innerhalb der nächsten 5 Jahre vermutlich noch nicht einsetzen, insbesondere da das neue Milch-Chip basierte Verfahren noch nicht als gesetzlich vorgeschriebenes und/oder nach Paragraph 35 LMBG zugelassenes Analyseverfahren eingeführt ist.

Entwicklung eines innovativen Sensorsystems zur ressourcenschonenden Steuerung alkoholischer Gärungen am Beispiel der Most- und Sektgrundweinverarbeitung - Förderschwerpunkt: Biotechnologie

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die Herstellung von Wein ist ein Handwerk mit alter Tradition und wird bestimmt vom Wissen und der Erfahrung der Winzer. Die Biotechnologie hat in der Kellerwirtschaft bisher nur wenig Einzug gehalten. In den letzten Jahren kam es bei der Herstellung von Wein und Sekt zunehmend zu nicht aufgeklärten Gärstörungen, die aufgrund mangelnder Steuerung zu spät erkannt wurden und somit zur Produktion qualitativ minderwertiger Weine und Sekte oder zu Fehlchargen führten. Zielsetzung des Projekts war die Entwicklung eines Sensorsystems auf Basis der biologischen Aktivität der Hefen, das die Vergärbarkeit des einzusetzenden Gärsubstrats (Most oder Sektgrundwein) überprüft und zur Steuerung der alkoholischen Gärung eingesetzt werden kann. Eine Vorabprüfung der Vergärbarkeit soll eine Vorhersage von Gärstörungen ermöglichen und durch den gezielten Einsatz von Gärhilfsstoffen Fehlchargen vermindern. Aus ökologischer Sicht können aus den Erkenntnissen zur Qualität der Moste und Grundweine Strategien für eine umweltschonende Düngung und Bearbeitung der jeweiligen Rebanlagen abgeleitet werden. Zweites Ziel war die Entwicklung eines Sensors, mit dessen Hilfe die physiologischen Vorgänge bei der alkoholischen Gärung online oder zumindest zeitnah verfolgt werden können. Ein solches Messsystem existiert bislang nicht; die Gäransätze in den Kellereien werden vielmehr noch als black-box-Systeme gehandhabt. So können Gärstörungen erst dann festgestellt werden, wenn es für Maßnahmen zu ihrer Beseitigung in der Regel zu spät ist. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Das Messsystem beruht auf der amperometrischen Detektion redoxaktiver Stoffwechselintermediate der Hefen. Die Hefen oxidieren Fruktose und Glukose mittels verschiedener Enzyme zu Kohlendioxid und Ethanol. Enzyme, Reaktionsprodukte von Enzymreaktionen sowie die Moleküle der Elektronentransportkette sind elektrochemisch aktive Substanzen. Für erste grundlegende Arbeiten wurde eine Messzelle entwickelt, die mit standardisierten Elektroden ausgestattet wurde. Die Elektroden werden an einen Potentiostaten angeschlossen. Außerdem können weitere Elektroden eingesetzt werden, um Parameter wie das Redoxpotenzial parallel online zu messen. Die analogen Signale der Elektroden bzw. des Potentiostaten werden über einen Analog-/Digital-Wandler in einen Computer gespeist. Die Zelle besteht aus Glas und verfügt über einen Doppelmantel zur Temperierung des Inhalts. Das Volumen der Zelle beträgt etwa 270 ml. Es ist möglich die Zelle im Batchbetrieb zu führen oder einen Bypass anzuschließen. Es wurden erste Versuche zur Vergärbarkeit mit verschiedenen Medien und zum online-Monitoring in dieser Zelle durchgeführt. Nachteilig an dem Elektrodenaufbau ist die relativ schlecht reproduzierbare Anströmung der Elektrodenoberfläche, was zu Abweichungen in den absolut gemessenen Strömen führte. ...

Förderschwerpunkt Biotechnologie: Verbund Industrielle Nutzung von Biokatalysatoren, Entwicklung innovativer Mikroreaktoren zur frühen Identifizierung industriell relevanter Enzymreaktionen am Beispiel der Esterase

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Durch moderne Methoden der Molekularbiologie kann in kurzer Zeit eine Vielzahl von Variationen von Enzymen erzeugt werden, von deren gezieltem Einsatz man höhere Wertschöpfungen bei reduzierter Umweltbelastung erwartet. In diesem Projekt wurden Systeme etabliert, die es gestatten, biokatalytische Reaktionen mit Umsetzung von Sauerstoff und/oder Säure in großer Zahl zu quantifizieren. Dazu wurden Mikrotiterplatten mit integrierter optischer Sensorik entwickelt und mit pH-Regelung sowie einer angepassten Screening-Methodik eingesetzt. Eine Esterase wurde rationell und evolutiv optimiert. Diese wurde mittels eines Autotransporter-Systems in E. coli an der Oberfläche der Zellen exprimert. Das Screening dieser Zellen wird mittels der pH-Sensorplatten durchgeführt. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden; In einem Projektteil wurden Mikrotiterplatten mit integrierten Optosensoren für Sauerstoff und pH (Messung von Fluoreszenzabschwächung und -abklingzeit) entwickelt. Durch intrinsische Referenzierung sind die Platten kalibrationsarm. Die entwickelten Sensoren wurden charakterisiert anhand der Ansprechzeit, der Reproduzierbarkeit und der Querempfindlichkeit. Die Durchmischung in Mikrotiterplatten wurde durch Analyse von pH-Antworten auf Pulse von Alkali charakterisiert. Enzymatische Reaktionen wurden mittels der immobilisierten Sensoren anhand der pH- oder Sauerstoffänderung beobachtet. Zur Bestimmung kinetischer Parameter wurden geeignete Auswertemethoden unter Einsatz mathematischer Modelle erarbeitet, die für das industrielle Screening geeignet sind. Die Esterase EstA von B.gladioli und eine künstlich erzeugte Esterase EsjA wurden evolutiv variiert zum Einsatz als technischer Biokatalysator. Es geht dabei vornehmlich um die Racematspaltung von Estern. Ein Autotransporter-System in E. coli wurde für die Sekretion von Varianten dieser Esterase genutzt. In Verbindung mit den integrierten Platten und den Screening-Methoden ist eine neue Methode unter Verwendung ganzer Zellen zur schnellen Erzeugung und Testung der katalytischen Aktivität von Enzymen etabliert worden. Fazit: Mit den drei neuen in diesem Projekt entwickelten Mikrotiterplatten mit integrierten Sensoren für pH und Sauerstoff können Enzymkinetiken bestimmt werden. Diese sind in konventionellen Fluoreszenzreadern direkt einsetzbar und benötigen nur einen minimalen Aufwand für die Kalibrierung. Mit diesen Platten konnten umfangreiche Studien zum Mischen und Sauerstofftransport in Mikrotiterplatten durchgeführt werden. Die Platten sind nun kommerziell erhältlich und können auch zum Züchten von Zellen verschiedenster Art eingesetzt werden. Enzyme können mit einem neuen Autotransportersystem in E. coli exprimiert, an die Oberfläche sekretiert und dort aktiv präsentiert werden. Mit diesen Zellen wurden nach molekularer Evolution erste Screening-Tests mit den pH-Platten durchgeführt.

Entwicklung eines innovativen biotechnologischen Verfahrens zur Implementierung einer modellhaften regenerierbaren Filterlinie zur Bierfiltration am Beispiel mittelstaendischer Brauereien - Foerderschwerpunkt: Biotechnologie

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Das Bier durchläuft beim Filtrationsprozess die Filtrationsstufen Vorfiltration, Stabilisierung und Nachfiltration. Häufig wird der Vorfiltration noch eine Zentrifugation vorgeschaltet. Die Vorfiltration wird in der Regel in Anschwemmfiltern, wie z. B. Zentrifugal-Horizontalfilter (Primus III) oder Kerzenfilter (Ecoflux), durchgeführt. Das verwendete Filterhilfsmittel muss nach der Filtration entsorgt werden. Die Anforderungen an die Haltbarkeit der Biere machen eine chemisch/physikalische Stabilisierung des Biers erforderlich. Für die Stabilisierung der Biere werden Kieselgele zur Reduzierung von Eiweißfraktionen bzw. PVPP zur Reduzierung von der Gerbstofffraktionen eingesetzt. Für die Nachfiltration des Biers kommen Schichtenfilter oder Trapfilter zum Einsatz. Das Ziel dieses Projekts bestand in der Erarbeitung einer effizienten Technologie, die eine Kieselgurregeneration unter den gegebenen ökonomischen, ökologischen und technischen Rahmenbedingungen eines Brauereibetriebs ermöglicht. Das Projekt sollte die folgenden Kriterien abdecken: - Entwicklung einer geschlossenen, umweltfreundlichen Filterlinie - Wiederholte Verwendung von Filterhilfsmitteln und Stabilisierungsmitteln bei vergleichbarer Filtratqualität (Bierqualität, Trübung, Druckdifferenz) - Reduzierung und Wiederverwendung der anfallenden Reinigungslösungen- Erhöhung der Wirtschaftlichkeit - Validierung der Regenerationsverfahren im Technikums- und Produktionsmaßstab. Im Projekt Filterlinie soll ein geschlossenes Konzept einer 'regenerierbaren Filterlinie' entwickelt und verwirklicht werden. Hierbei sollen sowohl die eingesetzten Filterhilfs- und Stabilisierungsmittel als auch die anfallenden Prozessströme regeneriert und wiederverwendet werden. Fazit Das Förderprojekt 'Umweltschonendes Verfahren zur Filtration von Bier' (AZ 13002) der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) befasste sich mit der Technologie zur Regeneration von Einweg Filterhilfsmitteln (z. B. Kieselgur) für die Mehrfachverwendung bei der Bierfiltration. Das Gesamtverfahren wurde erstmals erfolgreich im Produktionsmaßstab in der Altenburger Brauerei validiert. Neben der Implementierung und Validierung wurden projektbegleitend eine umfassende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Umweltbilanz erstellt.

Förderschwerpunkt Biotechnologie, Effiziente Produktivitätssteigerung und Kostensenkung in mittelständischen Industriebetrieben durch Implementierung biotechnologischer Verfahren unter besonderer Berücksichtigung des Umweltkostenmanagements - erstmaliger Einsatz von Extremozymen zur Darstellung von Aminosäuren aus pflanzlichen Rohstoffen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens. Ziel des Projekts ist es, die enzymatische Hydrolyse nachwachsender Rohstoffe (Modellsubstanzen: Mais- und Reiskleber, Kartoffel- und Rapsproteine) zur Produktion von Aminosäuren in Einzelreaktionsphasen zu entkoppeln und selektive Aufarbeitungsschritte in den Gesamtprozess zu integrieren. Die Auswahl der Rohstoffe erfolgte nach einer Abschätzung der voraussichtlichen Erträge der einzelnen Rohstoffe auf Basis von Produktionskosten der herkömmlichen Verfahren, der durchschnittlichen Rohstoffpreise und der regionalen Verfügbarkeit. Eine detaillierte betriebswirtschaftliche Bilanzierung in Sinne des Umweltcontrollings soll im Rahmen dieses Projekts erstellt werden. Fazit. In dem Projekt konnten die bisher verwendeten kommerziell erhältlichen Enzyme mit innovativen Extremozymen verglichen und kombiniert werden, um eine Hydrolyse verschiedener biogener Rohstoffe zu Aminosäuren effizient durchzuführen. Die eingesetzten Zeolithe zur Trennung der Hydrolysate konnten an Realmedien und im größeren Maßstab getestet werden. Mit den naturwissenschaftlichen Ergebnissen konnte die Datenbank OIKOS entwickelt werden, die eine schnelle Kalkulation für verschiedene Szenarien erlaubt.

Foerderschwerpunkt Biotechnologie: Verbund Sensorik in der Biotechnologie 'Laser- und Biosensorik fuer in-situ Analysen im Brauprozess'

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Laser-gestützten faseroptischen Messsystems für Fluoreszenz-, Absorptions-/Remissions- und Streulichtuntersuchungen im UV/VIS-NIR-Spektralbereich für den Einsatz bei in situ-Untersuchungen in verschiedenen Phasen der Bierherstellung bzw. -abfüllung (LA-SER IN-SITU-ANALYSESYSTEM, LISA). Neben der Qualitätskontrolle von Rohstoffen und Produkten dient das System der Verfahrensoptimierung, z. B. in Bezug auf Wasser- und Energieverbrauch sowie Filtereinsatz, und kann deshalb einen signifikanten Beitrag zur Umweltentlastung und Ressourcenschonung leisten. Das LISA wird aufgebaut, charakterisiert und optimiert für den Nachweis, die Erfassung bzw. die quantitative Bestimmung folgender Parameter: (1) Diodenlaserspektroskopie im NIR zur Erfassung des molekularen Sauerstoffs in der Gasphase sowie Fluoreszenzlöschung immobilisierter Farbstoffe zur Sauerstoffmessung in flüssiger Phase, (2) Laserlichtstreuung und laserinduzierte Fluoreszenz für die Messung des Zellwachstums bzw. der Zellmasse, (3) Absorptions- und Remissionsmessungen im UV/VIS-Spektralbereich zur Bestimmung des Bitterstoffgehalts und der Trübung, (4) laserinduzierte Fluoreszenz für den Nachweis von Giftstoffen im Malz, z. B. Aflatoxine, und Kontaminanten im Brauwasser, z. B. polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe. Die wissenschaftliche Begleitung und die Grundlagenuntersuchungen erfolgen dabei am Institut für Physikalische Chemie und Theoretische Chemie der Universität Potsdam, während die anwendungsbezogenen Arbeiten und die online-Analytik des Brauprozesses direkt in den Labors und an den Anlagen der Brauerei Kitzmann Bräu KG durchgeführt werden. Ein O2-Analysator auf Diodenlaserbasis wird von der Firma Bernt GmbH für den Einsatz in der Brauerei konzipiert und optimiert. Weiterhin optimiert die Ana-lytikfirma PreSens GmbH, die auf O2-Sensoren für Messungen in der flüssigen Phase spezialisiert ist, ein Sensorsystem für Messungen direkt an den Brauereianlagen, mit dem die Sauerstoffmessungen nach der Abfüllung in den Flaschen vorgenommen werden.

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