Das Projekt "Teilprojekt 8: Fermentative Herstellung von Biotensiden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung neuer biobasierter Tensidsysteme, die möglichst zu 100 Prozent auf Basis nachwachsender Rohstoffe und über 'grüne' Reaktionstechnik hergestellt werden sollen. Dazu ist geplant, pflanzliche Lipide intelligent mit Proteinen und Kohlenhydraten zu neuen polymeren 'Biotensiden' zu verknüpfen. Die Nutzung einer Kombination von Nachhaltiger Chemie, Enzymkatalyse und Fermentation in enger Kopplung mit modernen Aufarbeitungstechnologien soll eine schnelle Umsetzung der Projektideen hin zu Produktmustern und Herstellprozessen gewährleisten. Die Zielprodukte sollen in hoher Qualität und Reinheit hergestellt werden, die auch kosmetischen Anforderungen genügen. Neben positiven Anwendungs- und Formulierungseigenschaften steht auch die gute biologische Abbaubarkeit der Zielprodukte im Fokus. Die Umweltverträglichkeit der Produkte soll über Life Cycle Assessment Studien verifiziert werden. Im Rahmen des TP sollen unterschiedliche biobasierte Tensidstrukturen (Glykolipide: Cellobiose- und Mannosylerithryollipid) über fermentative Prozesse aus Ustilago maydis hergestellt werden. Die am IGB zu entwickelnden Prozesse umfassen Entwicklung von Analysenmethoden und des fermentativen Biotransformationsprozesses (proof of concept) sowie des anschließenden Downstream Prozesses zur Aufreinigung der Biotenside. Im Weiteren soll durch Optimierung der Bioprozessführung die Raum- und Zeitausbeute zur Herstellung der Glykolipide erhöht werden.
Das Projekt "Vorhaben (FSP-Klebstoffe): Neue biobasierte Oligomere als Diol- und Polyol-Komponenten in Polyurethan-Klebstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Köln, Campus Leverkusen, Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften durchgeführt. Das geplante Projekt soll die gesamte Entwicklungskette vom Rohstoff hin zum fertigen Klebstoff an ausgewählten Verbindungen aufzeigen. Auf Basis geeigneter biobasierter Rohstoffe werden Oligomere mit Hydroxylfunktionalitäten von 2 (und optional größer als 2) vergleichend über chemische und biokatalytische Routen hergestellt und analytisch charakterisiert. Wichtige Kenngrößen hierbei sind das Molekulargewicht, die Molekulargewichtsverteilung sowie der Funktionalitätsgrad der Verbindungen, die teilweise über die Synthesemethoden beeinflusst werden. Geplant ist, die kommerziell verfügbaren biogenen Rohstoffe für Synthesestudien zu erwerben und einige nicht oder nur schwer verfügbare Intermediate innerhalb des Projektes darzustellen. Nach Umsetzung der biobasierten Oligomere mit Isocyanaten zu Polyurethan-Präpolymeren stehen die Charakterisierung von Performance-Parametern der 1-Komponenten und 2-Komponenten Klebstoffe sowie Polyurethandispersionsklebstoffe im Fokus der industrienahen Entwicklung. Das Projekt gliedert sich in 6 Arbeitspakete, von denen die Arbeitspakete B - D in der ersten Promotion bearbeitet werden und die Arbeitspakete E und F Teil der zweiten Promotion zugeordnet sind. Die Etablierung von Analysenmethoden erfolgt gemeinsam durch beide Promovenden. Folgende Arbeitspakete sind Bestandteil des beantragten Projekts: A) Etablierung von Analysenmethoden B) Biokatalytische Herstellung von oligomeren Diolen / Polyolen C) Gezielte Optimierung von Lipasen für die Oligomerensynthese D) Synthese langkettiger Glykolipide und --Hydroxyfettsäuren als neuartige Intermediate E) Chemische Synthese von Oligomeren und Präpolymeren F) Herstellung von Polyurethandispersionen sowie physikochemische Charakterisierungen.
Das Projekt "SurfGlyco: Verbesserte Strategien zur biotechnologischen Herstellung maßgeschneiderter zuckerbasierter BiotensideTeilvorhaben 1: Fermentative Glycolipid-Herstellung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Auf Grund der meist hohen Spezifität mikrobieller Produktionsverfahren und dem Vorhandensein interessanter Funktionalitäten bieten die so hergestellten Biotenside ein interessantes Toolkit für die Formulierung von Produkten für Anwendungen in der Körperpflege, in Reinigungsmitteln oder im Pflanzenschutz. Ungeachtet dieser Tatsachen ist ihre biotechnologische Produktion im kommerziellen Maßstab bisher jedoch nur in wenigen Fällen realisiert, vor allem aufgrund der bisher deutlich höheren Kosten, weswegen sie bisher meist nur in Nischenanwendungen zu finden sind. Ziel im SurfGlyco ist einen weiten Marktzugang für mikrobiell hergestellte Biotenside zu ermöglichen, indem einige petrochemisch oder chemisch auf Basis tropischer Öle hergestellter Tenside durch mikrobiell Biotenside ersetzt werden können und so die in diesem Bereich bestehende Lücke zwischen Forschung und Anwendung zu überbrücken. Um dies zu erreichen hat sich ein Konsortium zusammengefunden, das die gesamte Wertschöpfungskette von der Rohstoffauswahl bis hin zur Anwendung der Biotenside für verschiedene Märkte abdeckt. Die Aktivitäten des Fraunhofer IGB zielen auf die Entwicklung von technisch realisierbaren und skalierbaren Prozessen zur Synthese von maßgeschneiderten Glykolipiden mit guter Biokompatibilität. Dieses soll durch die Optimierung von Fermentationsprozessen zur Produktion hydrophilerer Glykolipide mit hohen Raum-Zeit-Ausbeuten und der Etablierung von integrierten nachgelagerten Aufarbeitungsverfahren erreicht werden.
Das Projekt "Verbesserte Strategien zur biotechnologischen Herstellung maßgeschneiderter zuckerbasierter Biotenside (SurfGlyco) - Teilvorhaben 2: Enzymatische Glycolipid-Synthesen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik, Bereich II: Technische Biologie durchgeführt. In SurfGlyco sollen enzymatische Glykolipidsynthesen in ungewöhnlichen Reaktionsmedien wie stark eutektischen Lösungsmittel (DES) durchgeführt werden. Neben der Erzeugung von Esterbindungen zwischen den Zucker- und Fettsäurebausteinen mit Esterasen und Lipasen soll versucht werden, mit Etherasen und Glykosidasen auch Glykolipide mit Etherbindungen zu synthetisieren, wie sie in natürlich vorkommenden mikrobiellen Tensiden zu finden sind, was im Erfolgsfall gegenüber Zuckerestern zu chemisch wesentlich stabileren Produkten führen würde. Ein Screening auf Enzyme aus der Klasse der Lipase/Esterasen sowie der Glykosidasen/Etherasen, die zur Synthese von Glykolipiden in DES geeignet sind, soll in kommerziell erhältlichen Enzymbanken erfolgen. Für die enzymatischen Synthesen sollen unterschiedliche DES-Systeme getestet und solche mit maßgeschneiderten Eigenschaften ausgewählt werden, wozu z.B. der Erhalt der Enzymaktivität (vor allem bei Glycosidasen), Enzymstabilität und die Löslichkeit sowohl der hydrophilen als auch der hydrophoben Substrate gehören. Als Substrate sollen verschiedene Mono-, Di- und Oligosaccharide in Kombination mit kurz-, mittel- und langkettigen Acylverbindungen eingesetzt werden einschließlich solcher mit Hydroxylgruppen, wie sie in natürlich vorkommenden mikrobiellen Biotensiden vorkommen. Ein wichtiger Schwerpunkt wird parallel dazu liegen auf der Aufarbeitung der synthetisierten Produkte aus den DES, da dazu bisher kaum Literaturdaten existieren. Im Labormaßstab produzierte neuartige Glykolipide sollen nach Isolierung und Aufreinigung den Projektpartnern zur Charakterisierung und für Anwendungsuntersuchungen zur Verfügung gestellt werden. Für ein späteres wirtschaftliches Verfahren wird von großem Interesse sein, die am besten geeigneten Enzyme zu immobilisieren und wiederzuverwenden zu können. Auch diesbezüglich gibt es bisher noch keine Literaturdaten zur Verwendung in DES.
Das Projekt "Schadensfrueherkennung bei Fichten durch chemische und mikromorphologische Untersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Wien, Institut für Angewandte Botanik, Technische Mikroskopie und Organische Rohstofflehre durchgeführt. Im Rahmen systematischer Untersuchungen an Fichtennadeln unterschiedlichen Jahrgangs und Schaedigungsausmasses wurde den vermuteten Aenderungen der Stoffumsaetze vor allem der ungesaettigten Fettsaeuren von Lipiden durch Einwirkung von Photooxydantien nachgegangen. Dabei steht als gesichertes Ergebnis aus mehreren Gebieten im Nahbereich verschiedener Schadstoffemmitenten fest, dass geschaedigte sowie aeltere Nadeln einen wesentlich geringeren Gehalt an Gesamtfettsaeuren aufweisen. Vor allem die Menge an laengerkettigen ungesaettigten Fettsaeuren nimmt ab, hingegen ist ein vermehrtes Auftreten kuerzerkettiger gesaettigter Fettsaeuren beobachtbar. Die saeulen- und gaschromatographische Auftrennung der Nadelextrakte nach steigender Schadstufe und zunehmender Seneszenz in Lipidklassen laesst eine Abnahme der Phospho- und Glykolipide, im besonderen aber der Cholesterylester erkennen, waehrend der Gehalt an freien Fettsaeuren, Mono-, Di- und Triglyceriden steigt. Das verminderte Vorkommen ungesaettigter Fettsaeuren in geschaedigten Bestaenden geht primaer auf einen Rueckgang der Cholesterylester zurueck. Wie es scheint, kommt den Sterolen eine bedeutende Rolle im Verlauf der Schadprozesse zu. Parallel dazu erfolgen lichtmikroskopische Untersuchungen an aus unfixiertem Material hergestellten Gefrierschnitten, wobei geschaedigte Nadeln einen roten Farbstoff in den Schliesszellen der Stomata sowie im Zentralzylinder einlagern. Dabei duerfte es sich um Gerbstoffe handeln, die aus Phenolen durch Einfluss von Photooxydantien entstehen.