Neue Biotenside und Spezialzucker
In der Bioökonomie müssen bestehende Biotechnologieplattformen ständig angepasst werden, um spezifische Marktbedürfnisse zu erfüllen. Tenside sind wichtige leistungsfähige Moleküle, von denen weltweit jährlich mehr als 20 Mio. Tonnen hergestellt werden. Sie kommen in verschiedenen Branchen zum Einsatz, wie zum Beispiel Kosmetik, Pharmazie, Lebensmittel, Chemikalien, Bergbau, Textil, Papier und sogar Bauwesen. Eine neue Klasse von Biotensiden ist auf dem Vormarsch: die sogenannten mikrobiellen Biotenside, die ausschließlich von Mikroorganismen erzeugt werden. Im Projekt CARBOSURF ging es um die vollständige Nutzung zweier vielversprechender Typen von biochemischen Spezialprodukten, also biochemischer Verbindungen, die spezielle Anwendungsfelder haben. Dazu gehören Glykolipide (neue Typen von Sophorolipiden, Rhamnolipiden, Mannosylerythritollipiden (MEL) und Xylolipiden) sowie Spezialkohlenhydrate mit hohem Marktinteresse. Diese innovativen Moleküle werden in enger Zusammenarbeit mit relevanten Akteuren der größten Märkte entwickelt. Entdeckung neuer naturähnlicher Biomoleküle für die Industrie CARBOSURF hat neue biobasierte Verfahren für die fermentative Herstellung von mikrobiellen Biotensiden und Spezialkohlenhydraten entwickelt. Die Studie sollte vor allem die Entwicklungszeiten und die Produkteinführungszeit reduzieren und die Wirksamkeit dieser Moleküle in kommerziellen Anwendungen verbessern. „Wir haben neue Biotenside und Verbindungen von Spezialkohlenhydraten entwickelt und gezeigt, dass wir landwirtschaftliche Abfallprodukte (Zucker der zweiten Generation, sog. 2G-Zucker) für ihre Herstellung verwenden können“, so Prof. Wim Soetaert, Projektkoordinator von CARBOSURF. Dazu wurde eine Reihe von Mikrobenstämmen erstellt, die effizient neue Arten von Glykolipiden und Spezialkohlenhydraten erzeugen können. 2G-Zucker sind Kohlenhydrate, die aus verschiedenen Materialien hergestellt werden können, sei es aus dem Nichtlebensmittel-Sektor und/oder aus Pflanzen- oder Tierabfällen. Das Herstellungsverfahren dieser 2G-Zucker wurde so angepasst, dass die Zucker durch Fermentation effizient in Biotenside umgewandelt werden können. Auch ihr ökologisches Profil hat sich verbessert, indem diese Biotenside aus 2G-Zucker (Nichtlebensmittel) statt aus 1G-Zucker (Lebensmitteln) hergestellt werden. Sobald die neuen Stämme verfügbar waren, wurden die Bioverfahren (Fermentation und Aufreinigung) im Labormaßstab entwickelt und anschließend in höher skalierten Fermentationsprozessen angewandt. „Unserem Team ist es gelungen, die Mehrheit dieser neuen Biomoleküle zu skalieren“, erklärt Soetaert. Bei den neuen Sophorolipiden (Alkyl und Bola), Xylolipiden und sialylierten Kohlenhydraten konnten die vielversprechenden Stämme auf Volumina von 100 l skaliert werden, wobei mehrere Kilogramm des jeweiligen neuen Produkts entstehen. Das Herstellungsverfahren der Rhamnolipide hingegen funktioniert nach einiger Problemlösung nun auch im Tonnenmaßstab. Umweltfreundliche und kostengünstige Biotenside und Spezialzucker in Europa Anwendungsmöglichkeiten von Biotensiden lägen beispielsweise im Einsatz von Xylolipiden, biologischen Konservierungsstoffen in Getränken und Rhamnolipiden in grünen und hautfreundlichen Wirkstoffen in Körperpflegeprodukten. Die sialylierten Kohlenhydrate können als Spezialzucker in Säuglingsnahrung, Kosmetik oder Nahrungsergänzungsmitteln verwendet werden. Außerdem hat das Team neue molekulare Werkzeuge für die Bakterienstämme S. bombicola, S. cerevisiae, E. coli und Pseudozyma entwickelt, um effizient (naturähnliche) Sophorolipide, Rhamnolipide, Xylolipide, MEL und Spezialkohlenhydrate herzustellen. Mit diesem Wissen wächst das Potenzial dieser Bakterien für die Entwicklung naturähnlicher Biotenside und Spezialkohlenhydrate der Zukunft. Als Ergebnis des Projekts gelang bisher die europäische Markteinführung der Rhamnolipide. Bei den Xylolipiden und sialylierten Kohlenhydraten wird noch am Markteintritt gearbeitet. Weitere Aktivitäten und Forschung versprechen schon in naher Zukunft die Entwicklung neuer Sophorolipide für den Markt. Die im Rahmen von CARBOSURF entwickelten Produkte bringen neuen Schwung in die wirtschaftliche Entwicklung und den Arbeitsmarkt Europas und sind gleichzeitig gut für die Umwelt.
Schlüsselbegriffe
CARBOSURF, Biotenside, Spezialkohlenhydrate, Sophorolipid, Glykolipid, 2G-Zucker, Rhamnolipid, Mannosylerythritollipide (MEL), Xylolipid, Fermentation, Aufreinigung
