Mikrobielle Alginatproduktion durch genetisch modifizierte Stämme von Azotobacter vinelandii unter mikroaerophilen Bedingungen und Überdruck

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jochen Büchs, seit 4/2018
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 351299388

Das Institute of Biotechnology der National University of Mexico (UNAM) verfügt über umfangreiches Wissen über Stoffwechselwege und Eigenschaften des Alginat produzierenden Stammes Azotobacter vinelandii. Um die Alginatausbeute auf biologischem Weg zu optimieren, werden die Stämme genetisch verändert und weiterentwickelt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Kombination der biologischen Kenntnisse der UNAM mit den technischen Erfahrungen und Möglichkeiten der Aachener Verfahrenstechnik - Bioverfahrenstechnik (AVT.BioVT). Es ist das Ziel, die verfahrenstechnischen Bedingungen, unter denen Alginatbildung stattfindet, eingehend zu untersuchen um diese signifikant zu steigern. Um dies zu erreichen soll im Rahmen der Zusammenarbeit eine Mess- und Regelstrategie entwickelt werden, um mikroaerophile Bedingungen im Reaktorsystem einzustellen, was zu einer Erhöhung der Alginatausbeute verbunden mit einer Viskositätserhöhung führt. Dies kann im mL-Maßstab gezielt durch Einsatz der RAMOS-Technologie erfolgen, einer Online-Messtechnik für Schüttelkolben, die von der AVT.BioVT entwickelt worden ist. Damit direkt im laufenden Prozess die Alginat-Bildung mitverfolgt werden kann, verfügt sowohl die UNAM als auch die AVT.BioVT über ein Schüttlersystem, das die eingebrachte Leistung online mist. Durch das gebildete Alginat und dem daraus resultierenden Anstieg der Viskosität nimmt ebenfalls der volumetrische Leistungseintrag in das System zu. Dieser kann unter Verwendung des Leistungseintragsschüttlers gemessen werden. Für die Etablierung mikroaerophiler Bedingungen im Rührkessel werden verschiedene Messtechniken z. B. fluoreszenzoptische Methoden, sowie die Messung des Redox-Potentials erprobt und miteinander verglichen. Weiterhin verfügt die AVT.BioVT über ein 50 L Druckreaktorsystem mit dem es möglich ist, auch hochviskose Flüssigkeiten (durch z.B. eine hohe Alginatkonzentration) homogen und turbulent zu durchmischen, bei zeitgleicher bestmöglicher Sauerstoffversorgung. Durch die Optimierung der beiden Parameter Durchmischung und Sauerstoffversorgung sollte die Alginatproduktion mit Azotobacter vinelandii deutlich effektiver durchzuführen sein, mit dem zusätzlichen Potential höhere Alginat-Ausbeuten zu erreichen. Auch im 50 L Reaktorsystem verfügt die AVT.BioVT über eine neu entwickelte Online-Messtechnik zur Viskositätsbestimmung, so dass eine Steigerung der Alginatbildung sofort detektiert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Mexiko
• Kooperationspartner: Carlos F. Peña
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Lars Regestein, bis 3/2018