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Biotenside

Biotenside
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Prof. Dr. Christoph Syldatk, Prof. Dr. Rudolf Hausmann

Am Projekt mitwirkende wissenschaftliche Mitarbeiter

  • M. Sc. Janina Beuker
  • Dipl.-Ing. Marius Henkel
  • Dipl. Biotechnol. Johannes Kügler
  • Judit Willenbacher
  • M. Sc. Martin Pöhnlein
  • Dipl.-Ing. (FH) Michaela Zwick

Prozessentwicklung zur Produktion von Biotensiden

Tenside biologischen Ursprungs werden als "Biotenside" bezeichnet. Biotenside zeigen einen hohen Wirkungsgrad bei zugleich guter biologischer Abbaubarkeit. Biotenside zeichnen sich durch folgende günstige Eigenschaften aus:

  • Strukturvielfalt
  • Günstige Tensideigenschaften
  • Geringe Toxizität
  • Antibiotische Wirkung
  • Biologische Abbaubarkeit
  • Produktion aus Nachwachsenden Rohstoffen

Obwohl die biotechnologische Herstellung von Biotensiden bereits seit einiger Zeit etabliert ist, werden Biotenside aufgrund der hohen Produktionskosten bisher nur in Nischenbereichen eingesetzt. Eine Senkung der Produktionskosten ist daher für die Etablierung von Biotensiden als generelle Alternative zu herkömmlichen Tensiden auch außerhalb der bisherigen Marktnischen notwendig.

In den laufenden Arbeiten liegt der Schwerpunkt daher in der Entwicklung neuer biotechnologischer Verfahren für die Herstellung von Biotensiden, speziell von Rhamnolipiden und enzymatisch hergestellten Glycokonjugate.

Rhamnolipide

Rhamnolipide sind mikrobielle anionische Biotenside, die sich aus jeweils 1 - 2 Rhamnose- sowie 1 - 2 ß-Hydroxydecansäureeinheiten als hydrophilen bzw. hydrophoben Bestandteilen zusammensetzen (siehe Abbildung 1). Sie werden von Bakterien der Gattung Pseudomonas - im speziellen der Art Pseudomonas aeruginosa - bevorzugt bei Wachstum auf hydrophoben Substraten, wie n-Alkanen oder auch Pflanzenölen, unter Limitierung gebildet und extrazellulär ausgeschieden. Rhamnolipide können zahlreiche wasserunlösliche Substrate emulgieren und so deren Aufnahme in die Bakterienzellen ermöglichen, wobei bereits Konzentrationen von 50 - 100 mg/L ausreichend sind. Die Zusammensetzung des Rhamnolipid-Produktspektrums ist dabei vom verwendeten Substrat und den Prozessbedingungen abhängig, wobei die Rhamnolipide 1 - 4 sehr unterschiedliche grenzflächenaktive Eigenschaften zeigen.

Abbildung 1: Strukturen der von Pseudomonas sp. gebildeten Rhamnolipide R1 - R4


Aufgrund ihrer sehr guten grenzflächenaktiven Eigenschaften, ihrer Bioverträglichkeit und biologischen Abbaubarkeit sind Rhamnolipide von großem Interesse für einen Einsatz als Emulgatoren sowohl im Umwelt-, Industrie- und Haushaltsdetergentien-, Lebensmittel- und auch Pharmabereich. Zudem können die Rhamnolipide Ausgangssubstrate zur Herstellung von Rhamnose, Rhamnosederivaten (z. B.: Furaneol ®) und ß-Hydroxy-Fettsäuren für Anwendungen in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie sein.

Eingebunden in dem Verbundprojekt „Opti-R“ im Rahmen des Förderprogramms "Nachwachsende Rohstoffe" der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (http://www.fnr.de/  ) werden zurzeit entsprechende Arbeiten am Institut durchgeführt.

 

Abbildung 2 und 3: Screening verschiedener Pflanzenöle zur Rhamnolipid-Produktion mit P.aeruginosa in einem Sechsfachfermenter.

Glycokonjugate

Chemo-enzymatische Gewinnung und Charakterisierung neuartiger Glycolipide.

Die gezielte biochemische Übertragung von Zuckern oder Zuckeralkoholen auf Lipide zur Bildung einfacher ober- und grenzflächenaktiver Substanzen ist für den Lebensmittel- und den Pharmabereich etabliert. Im Unterschied dazu sollen nun, ausgehend von mikrobiellen Glycolipiden, auf chemo-enzymatischem Wege neuartige Glycokonjungate hergestellt werden. Hierzu sollen Glycolipide als Edukte eingesetzt werden, deren Potenzial bezüglich der physikochemischen Eigenschaften bzw. der biologischen Aktivität bekannt ist, insbesondere Sophorose-, Rhamnose- und Oligosaccharid-Lipide. Zielprodukte sind zunächst die schwer zugänglichen Kohlenhydratrückgrate der Glycolipide, Di-, Tri- und Tetrasaccharide, sowie die ungewöhnliche Hydroxyfettsäuren. Diese sollen im Folgenden als Bausteine für enzymatische Synthesen von neuartigen, bisher nicht beschriebenen Glycolipiden dienen.

Poster

Production of Surfactin with Bacillus subtilis