Verbundvorhaben: Plattform zur selektiven Herstellung von funktionalisierten Polyalkoholen aus nachwachsenden Rohstoffen über Biooxidationen - Teilvorhaben 1 (Bioverfahrenstechnik)

Abstract

Im Rahmen des Verbundvorhabens PolyBioOx gelang die Gestaltung einer neuen, flexiblen und skalierbaren Produktionsplattform (Biokatalysator, Bioreaktor und Bioprozess) zur effizienten Gewinnung von funktionalisierten Polyalkoholen aus nachwachsenden Rohstoffen. In einstufigen Oxidationen wurden verschiedene Kohlenhydrate regioselektiv mit Hilfe von Designer-Essigsäurebakterien mit hoher Effizienz und Ausbeute zu funktionalisierten Polyalkoholen oxidiert. Als Ganzzellbiokatalysator wurde ein Gluconobacter oxydans Chassis Stamm, der bereits in Vorarbeiten beim Verbundpartner konstruiert wurde, genutzt und vom Verbundpartner mit neu charakterisierten membranständigen Dehydrogenasen (mDH) kombiniert. Mit diesen neuen rekombinanten Stämmen konnte im einfachen Rührkesselreaktor Cellobiose effizient mit ruhenden Zellen zu Cellobionsäure oxidiert werden, wobei Cellobiosekonzentrationen von bis zu 500 g/L mit einer Ausbeute von über 99 % erreicht wurden. Auch die Biooxidation von Galakturonsäure gelang mit diesen Designer-Essigsäurebakterien im einfachen Rührkesselreaktor im Satzverfahren, wobei bis zu 35 g/L Galaktarsäure erreicht werden konnten. Darüber hinaus gelang die Darstellung von Galaktarsäure direkt aus Hydrolysaten von Citrusschalen mit rekombinanten G. oxydans. Neben einfachen Rührkesselreaktoren kam ein neuartiger Tropfkörperbiofilmreaktor mit künstlichen Biofilmen im wiederholten Satzverfahren zum Einsatz, der eine quasi-kontinuierliche Prozessführung ohne erneute Zellherstellung ermöglichte. Hierbei konnten mit immobilisierten Designer-Essigsäurebakterien jeweils mehrfach 100 g/L Cellobiose mit über 99 % Ausbeute zu Cellobionsäure oxidiert werden, ohne dass signifikante Veränderungen in der volumetrischen Produktivität auftraten.