Forscher machen aus Krabben-Schalen-Abfall Polyamid

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Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Biover- fahrenstechnik (IGB)

Mikroorganismen und Enzyme helfen dem Prozess

Um das makromolekulare (langkettige) Chitin und die Freisetzung von Saccharid-Monomeren zu erreichen, wurden neue Mikroorganismen und Enzyme gesucht. Wie bei der Spaltung von Cellulose, bedarf es dazu vieler verschiedener Enzymaktivitäten, die optimiert und aufeinander abgestimmt werden mussten. Der norwegischen Projektgruppe um Prof. Vincent Eijsink und Kollegen der Abteilung Molekulare Biotechnologie am Fraunhofer-IGB ist es dabei gelungen, verschiedene chitinolytische Enzyme aus neuartigen Bakterienstämmen zu gewinnen [2]. Mit dem tschechischen Unternehmen Apronex wurden Verfahren entwickelt, um die benötigten Enzyme in technischen Mengen und rekombinant bereitzustellen. Das Chitin aus europäischen Schalenabfällen kann nun rein enzymatisch zu diversen Zuckerderivaten abgebaut werden. Nach weiterer Prozessoptimierung steht damit künftig eine grüne und wirtschaftliche Variante zur chemischen Chitinspaltung bereit.

Zwei Strategien sollen zum Krabben-Kunststoff führen

Damit diese Einzelbausteinen als Basis für langkettige Polymere nutzbar werden, müssen die freigesetzten Zuckermoleküle so umgewandelt werden, dass genau zwei funktionelle Gruppen pro Molekül übrig bleiben. Um das zu erreichen, wurden zwei Strategien verfolgt: Zum einen hat die Biocat-Arbeitsgruppe an einer atomeffizienten Reaktionskaskade zur enzymatischen Umwandlung von Glucosamin gearbeitet. Durch Variation bei der Reihenfolge von Oxidations- und Umlagerungsreaktionen innerhalb der Kaskaden gelang es den Wissenschaftlern neue Moleküle zu gewinnen, die als Vorstufe zur Monomersynthese verwendet werden können.

Dem Team um Prof. Thomas Brück von der Technischen Universität München dienten die Chitinhydrolysate zum anderen als Substrat für spezialisierte ölbildende Hefen. Im Rahmen der Versuche konnten gleich drei Hefestämme identifiziert werden, die besonders gut auf den Chitinhydrolysaten wachsen und hohe Lipidausbeuten von 35 bis 50 % bezogen aufs Zelltrockengewicht erreichen.

Biobasierte Polyamide konnten hergestellt und charakterisiert werden

Die Lipidzusammensetzung bestand größtenteils aus ungesättigten Fettsäuren mit Kettenlängen zwischen C16 und C18 (die Zahl kennzeichnet die Anzahl der Kohlenstoffmoleküle in der Fettsäurekette). Diese Kettenlänge prädestinierte sie, nachdem eine nachgeschaltete chemische Funktionalisierung zur Dicarbonsäure erfolgte, als Co-Monomer für Polyamid. Dem Industriepartner Evonik gelang damit die Herstellung eines entsprechenden biobasierten Kunststoffs. An der Reinigung von Zwischen- und Endprodukten waren außerdem der Industriepartner Clariant AG und das Fraunhofer-ICT beteiligt. Bei Evonik wurden schließlich aus den verschiedenen Dicarbonsäuren erfolgreich biobasierte Polyamide hergestellt und auch charakterisiert.

Das Chibio-Projekt wurde im 7. Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Union unterstützt. Das Förderkennzeichen lautet 289284.

Literatur: [1] Faostat 2001 und 2005-2011, statistical database (www.fao.org)

[2] Moss, K. S.; Hartmann, S. C.; Müller, I.; Fritz, C.; Krügener, S.; Zibek, S.; Hirth, T.; Rupp, S. (2012) Amantichitinum ursilacus gen. nov., sp nov., a chitin-degrading bacterium isolated from soil. IJSEM 63: 98-103

Der Beitrag erschien zuerst auf dem Portal unserer Schwestermarke MM Maschinenmarkt.

* Prof. Dr. Volker Sieber leitet die Bio-, Elektro- und Chemokatalyse der Projektgruppe Biocat am Straubinger Institutsteil des Fraunhofer Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB. Tel.(0 94 21) 1 87- 3 00, volker.sieber@igb.fraunhofer.de, www.igb.fraunhofer.de. Dr. Lars O. Wiemann war wissenschaftlicher Mitarbeiter bei der Projektgruppe Biocat

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