Biotenside

Tenside werden weltweit in einer Größenordnung von 18 Millionen Tonnen produziert und als Detergenzien, Emulgatoren, Dispergiermittel und Schaummittel in den unterschiedlichsten Bereichen, von der Textilindustrie bis zum Bergbau, eingesetzt. Tenside werden sowohl auf Basis fossiler Rohstoffe als auch aus nachwachsenden Rohstoffen, beispielsweise Palmöl, über chemische Verfahren synthetisiert. Die Strukturvielfalt solch chemisch hergestellter Tenside ist jedoch begrenzt und die Nachhaltigkeit der verwendeten tropischen Pflanzenöle wird derzeit kontrovers diskutiert.

Mikroorganismen bilden unter natürlichen Bedingungen eine Vielzahl oberflächenaktiver Substanzen, sogenannte Biotenside, die ein breites Spektrum chemischer Strukturen abdecken. Dazu zählen u. a. Glykolipide, Lipopeptide, Lipoproteine und Heteropolysaccharide. Die Eigenschaften dieser Biotenside sind in Bezug auf Tensidwirkung und Abbaubarkeit mit vielen synthetischen Tensiden vergleichbar oder diesen sogar überlegen und daher für viele Anwendungsbereiche in der Industrie interessant.

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Optimierung der biotechnologischen Synthese von Glykolipiden, insbesondere von Cellobioselipiden (CL) und Mannosylerythritollipiden (MEL). Sie werden von Mikroorganismen aus der Familie der Brandpilzverwandten (Ustilaginaceae) in größeren Mengen gebildet. Ihre antimikrobiellen Eigenschaften machen sie auch für den Einsatz im klinischen und pharmazeutischen Bereich interessant. Unter Verwendung verschiedener Pilze und unterschiedlicher Substrate wie Mono- und Disaccharide, Pflanzenöle oder Reststoffe sollen maßgeschneiderte Strukturgemische entstehen und auf ihre anwendungsspezifische Eignung überprüft werden. Ziele sind hierbei die Charakterisierung und Optimierung der mikrobiellen Biotenside für den Einsatz in Reinigungsmitteln, in Kosmetika oder für Spezialanwendungen in der Industrie, die Verwendung von verschiedenen nachwachsenden Rohstoffen als Substrate sowie eine effiziente fermentative Produktion dieser Biotenside mit möglichst hohen Raum-Zeit-Ausbeuten.

• Fermentation und Bereitstellung von Mustern fermentativ hergestellter Biotenside
• Chemisch-enzymatische Modifizierung
• Scale-up der Fermentation bis max. 10 m³ am Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP, Leuna

Innerhalb der Prozessentwicklung betrachten wir alle relevanten Parameter, etwa Temperatur, pO2, OUR, CER und RQ oder die Zusammensetzung des Mediums und etablieren perfekt abgestimmte Mineralsalzmedien und Fütterungsstrategien (repeated-batch, fed-batch oder kontinuierliche Kulturführung). Auf der Grundlage einer statistischen Bewertung aller Prozessparameter überführen wir den optimalen Prozess zunächst vom Schüttelkolben in den Fermenter (Scale-over) und dann in den Technikums- und Pilotmaßstab (Scale-up). Auch die Aufreinigung der Produkte wird optimiert.