ISBN 9783843933353

978-3-8439-3335-3, Reihe Verfahrenstechnik

Benjamin Küpper
Prozessentwicklung zur fermentativen Herstellung von Rhamnolipiden mit Produktabtrennung durch Schaumadsorption

133 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Biotenside sind eine sinnvolle Alternative zu chemisch synthetisierten Tensiden, welche meist auf petrochemischer Basis hergestellt werden. Wegen der relativ geringen Herstellungskosten und breiten Anwendungsbereiche rücken mit Blick auf die Schonung von Ressourcen und Umweltverträglichkeit Biotenside immer weiter in den Fokus der Forschung.

Beispiel für Vertreter der Biotenside sind Rhamnolipide, die in vielen Veröffentlichungen mithilfe des pathogenen und der Sicherheitsklasse II zugehörigen Bakterium Pseudomonas aeruginosa auf Basis von pflanzlichen Ölen produziert werden.

Unter Verwendung eines zur Rhamnolipidsynthese gentechnisch veränderten und der Sicherheitsklasse I zugehörigen Bakterienstammes Pseudomonas putida KT2440 und Glucose als Ausgangsprodukt ist die Vergrößerung des Fermentationsmaßstabes sowie der Aufarbeitungsstrategie zur Herstellung einer zu Testzwecken ausreichenden Quantität ein Ziel dieser Arbeit.

Die zur Verfügung gestellten P. putida Stämme wurden vom Schüttelkolbenmaßstab von 100 mL Fermentationsmedium kultiviert und bis in einen Maßstab von 2 bzw. 20 L in einem begasten und gerührten Fermenter zur Produktion von Rhamnolipiden genutzt.

Die exzessive Schaumentwicklung dieser Tenside war eine Herausforderung dieser Arbeit, da jene unkontrolliert zu einem schnellen Abbruch des Fermentationsprozesses führen kann. Die Lösung wurde durch ein Prozesskonzept realisiert, den entstehenden Schaum aus dem Fermentationsprozess abzuleiten und diesen nach Kollabierung für die weitere Aufarbeitung zu verwenden.

Die der Fermentation folgende Aufarbeitung, das Downstream Processing, wurde durch die satzweise Entfernung der Zellen sowie die Adsorption/Desorption unter Verwendung geeigneter Adsorbentien und Fahrweisen der Desorption durchgeführt und eine Produktmenge von 68,3 g Monorhamnolipiden mit einer Reinheit von ca. 85 % hergestellt, welche zu Performancetests zur Verfügung gestellt werden konnte.

Die Kombination des Verfahrens des Ausschäumens und der direkten Adsorption der im Schaum enthaltenen Biotenside an ein geeignetes Adsorbens führte zu der Entwicklung des Patentes „Foam Adsorption“ (WO2013087674A1), welches eine in-situ Abtrennung ermöglicht. Die apparative Realisierung dieses patentierten Verfahrens war ebenfalls ein Teil dieser Arbeit.