Ziel des Anfang 2021 gestarteten Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur verbesserten Produktion von Propionsäure mit Reststoffen aus dem Lebensmittelbereich. Propionsäure kann hierbei als Plattformchemikalie in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Aktuelle Einsatzgebiete sind hierbei insbesondere Konservierungsmittel, Herbizide, Parfüme, aber auch Vorstufen für Chemikalien wie z.B. Propylen. Um die Produktionskosten zu senken, sollen stärke-haltige Reststoffe aus der Lebensmittelbranche als günstiges Substrat eingesetzt werden. Die Projektlaufzeit beträgt 30 Monate und wird im Rahmen des Förderprogrammes Innovationskompetenz INNO-KOM vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Hintergrund

Die Folgen des durch exzessiven Verbrauch an fossilen Brennstoffen verursachten Klimawandels treten immer gravierender in den Vordergrund. Um die weitere Erwärmung des Planeten zu begrenzen, ist die Abkehr von fossilen Brennstoffen wie Erdöl und Kohle im Energiesektor notwendig. Erdöl und Kohle spielen allerdings nicht nur im Energiesektor eine wichtige Rolle, auch als Ausgangsbasis für die meisten Chemikalien werden größere Mengen benötigt. Um den Ausstieg aus den fossilen Brennstoffen nachhaltig umzusetzen, müssen Alternativen geschaffen werden. Die Propionsäure kann hierbei als Plattformchemikalie für die Produktion von Chemikalien wie z.B. Konservierungsmittel oder Kunststoffen eingesetzt werden.

Eine Reihe von Mikroorgansimen sind in der Lage unter anaeroben Bedingungen aus Zuckern fermentativ Propionsäure zu produzieren. Diese Prozesse sind derzeit allerdings noch sehr teuer. Dies liegt einerseits am eingesetzten Substrat, da z.B. die reine Glukose zwar gut nutzbar ist, aber auch teuer in der Bereitstellung. Zum anderen ist der Prozess insgesamt schwieriger, da die Propionsäure schon bei niedrigen Konzentrationen hemmend bzw. toxisch wirkt, was die Gesamtproduktivität verringert.

Hier gilt es durch die Bereitstellung von günstigen Substraten und neuen Prozessstrategien die Kostenproblematik zu lösen, um somit die Möglichkeiten zu schaffen Propionsäure auch biotechnologisch kostengünstig zu produzieren.

Zielsetzung

Ziel des Projektes ist es den Gesamtprozess der Propionsäure-Produktion zu verbessern und somit günstiger zu machen. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen die beiden Aspekte Substratbereitstellung und Prozessführung ausführlich bearbeitet n und neue Lösungen gefunden werden. Um die Substratkosten zu senken, sollen Reststoffe aus der Lebensmittelproduktion eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich um stärke-haltige Substrate, die z.B. bei der Teigherstellung für Tiefkühlprodukte wie Pizza und Flammkuchen anfallen. Auch Altbrot und Brötchen stehen als potenzielle Substrate zur Verfügung. Die stärke-haltigen Reststoffe werden über eine enzymatische Hydrolyse in glukose-haltige Fermentationslösungen überführt und im Anschluss fermentativ durch verschiedene mikrobielle Propionsäure-Produzenten in Propionsäure umgesetzt. Der zweite wichtige Aspekt umfasst die Prozessführung. Die Akkumulation von Propionsäure im Medium kann die Mikroorgansimen bei erhöhten Konzentrationen hemmen. Außerdem müssen dauerhaft größere Mengen an Lauge zugeführt werden, um den pH-Wert zu stabilisieren. Dies verursacht Kosten, verringert die Propionsäure-Konzentrationen und führt zu einer stetig steigenden Salz-Konzentration im Fermenter. Im hier durchgeführten Projekt soll die Propionsäure als flüchtige organische Säure über Gasstrippung aus dem Prozess kontinuierlich entfernt werden. Auf diese Weise kann die Produktivität gesteigert und die benötigte Menge an Laugen reduziert werden.

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