Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, School of Engineering and Design, Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Molekulare Biowissenschaften durchgeführt. Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung, Umwelt - Holzforschung München, Professur für Holz- und Bioprozesse durchgeführt. Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.
Das Projekt "Erbsenfaser 2.0: Neue Konzepte zur Erhöhung der Wertschöpfung und zur Optimierung der technofunktionellen sowie nutritiven Eigenschaften der bei der Erbsenverarbeitung anfallenden faserreichen Nebenprodukte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie, Fachgebiet für Lebensmittelverfahrenstechnik durchgeführt. Die Zielstellung des Vorhabens besteht in der Erhöhung der Wertschöpfung der bei der Erbsenverarbeitung entstehenden Nebenprodukte (Erbsenschale und Kotyledonen-Rückstand), welche reich an Ballaststoffen und bioaktiven sekundären Pflanzenstoffen sind, aber bisher nur unzureichend vermarktet werden. Dabei sollen zum einen die technofunktionellen Eigenschaften der Außenfasern aus den Erbsenschalen durch kombinierte enzymatisch-mechanische Aufschlussverfahren verbessert werden und deren ernährungsphysiologisches Potential anhand der Gehalte an assoziierten Sekundärmetaboliten charakterisiert werden. Zum anderen verfolgt die Verfahrensentwicklung das Ziel, neben der Innenfaser, Pektin als zusätzlichen funktionellen Wertstoff aus dem Kotyledonen-Rückstand zu gewinnen und anhand seiner funktionellen Eigenschaften als Gelbildner und Emulsions- bzw. Schaumstabilisator zu bewerten. Der analytische Schwerpunkt des Vorhabens liegt auf der Ermittlung der Konzentrationen an Proteinen, Saponinen und Flavonoiden in den jeweiligen Zwischen- und Endprodukten und der Bewertung von Möglichkeiten zur Gewinnung und Nutzung dieser wichtigen ggf. gesundheitspräventiven Substanzen. Im Ergebnis der Forschungsarbeiten werden neue Wege zur nachhaltigen Nutzung heimischer Körnerleguminosen und deren anfallenden Nebenproduktströme für die Herstellung hochfunktioneller Lebensmittelzutaten aufgezeigt und somit ein wichtiger Beitrag für die Humanernährung und eine nachhaltige Be- und Verarbeitung geleistet. AP1: Charakterisierung der Rohstoffe (Erbsenschalen, Kotylendonen-Rückstand) AP2: Mechanisch-enzymatischer Aufschluss (Mikrofibrillierung) von Erbsenschalen und Charakterisierung der gewonnenen Erbsenaußenfasern AP3: Charakterisierung der grenzflächenstabilisierenden Eigenschaften der bei UHH gewonnenen Saponin-Extrakte AP4: Pektin-Extraktion und Innenfaser-Gewinnung aus Kotyledonen-Rückständen und Charakterisierung der Wertstoffe AP5: Abschlussbewertung und Aktualisierung des Gesamtkonzeptes
Das Projekt "Erbsenfaser 2.0: Neue Konzepte zur Erhöhung der Wertschöpfung und zur Optimierung der technofunktionellen sowie nutritiven Eigenschaften der bei der Erbsenverarbeitung anfallenden faserreichen Nebenprodukte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Chemie, Abteilung Lebensmittelchemie durchgeführt. Die Zielstellung des Vorhabens besteht in der Erhöhung der Wertschöpfung der bei der Erbsenverarbeitung entstehenden Nebenprodukte (Erbsenschale und Kotyledonen-Rückstand), welche reich an Ballaststoffen und bioaktiven sekundären Pflanzenstoffen sind, aber bisher nur unzureichend vermarktet werden. Dabei sollen zum einen die technofunktionellen Eigenschaften der Außenfasern aus den Erbsenschalen durch kombinierte enzymatisch-mechanische Aufschlussverfahren verbessert werden und deren ernährungsphysiologisches Potential anhand der Gehalte an assoziierten Sekundärmetaboliten charakterisiert werden. Zum anderen verfolgt die Verfahrensentwicklung das Ziel, neben der Innenfaser, Pektin als zusätzlichen funktionellen Wertstoff aus dem Kotyledonen-Rückstand zu gewinnen und anhand seiner funktionellen Eigenschaften als Gelbildner und Emulsions- bzw. Schaumstabilisator zu bewerten. Der analytische Schwerpunkt des Vorhabens liegt auf der Ermittlung der Konzentrationen an Proteinen, Saponinen und Flavonoiden in den jeweiligen Zwischen- und Endprodukten und der Bewertung von Möglichkeiten zur Gewinnung und Nutzung dieser wichtigen ggf. gesundheitspräventiven Substanzen. Im Ergebnis der Forschungsarbeiten werden neue Wege zur nachhaltigen Nutzung heimischer Körnerleguminosen und deren anfallenden Nebenproduktströme für die Herstellung hochfunktioneller Lebensmittelzutaten aufgezeigt und somit ein wichtiger Beitrag für die Humanernährung und eine nachhaltige Be- und Verarbeitung geleistet.
Das Projekt "Teilvorhaben: Uni Bremen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jacobs University Bremen GmbH, School of Engineering and Science durchgeführt. Ziel des geplanten Kooperationsvorhabens ist die Entwicklung von Technologien, die für die Umsetzung in einer Bioraffinerie geeignet sind, für die Umwandlung von pektinreichen Rückständen zu Kraftstoffen und Chemikalien. Große Mengen pektinreicher Biomasse, wie Zitrusschale und Zuckerrübenschnitzel, werden weltweit produziert. In Brasilien, der weltweit größte Exporteur von Orangensaft, werden 12 Millionen Tonnen Zitrusfruchtschalen jährlich produziert. Weltweit werden etwa 20 Millionen Tonnen Zuckerrübenschnitzel produziert. Sowohl getrocknete Zuckerrübenschnitzel, als auch getrocknete Zitrusschalen werden derzeit als Viehfutter verwendet, aber mehrere Zuckerfabriken und Orangensaftfabriken legen sie einfach ab und lassen sie verrotten, weil die Energiekosten für das Trocknen und Pelletieren zu hoch sind. Abfälle von Zitrusfrüchten (CPW) werden in diesem kollaborativen Vorschlag behandelt. Diese werden in großen Mengen von der Orangensaft-Industrie von Brasilien, Argentinien und Kolumbien, sondern auch in Südeuropa produziert. Wir entwickeln ein Bioraffineriekonzept, bei dem die Gewinnung von hochwertigen Verbindungen und die Umwandlung der pektinreichen Biomasse zu Kraftstoffen oder Chemikalien das Ziel darstellen. Im Ergebnis erwarten wir unterschiedliche Ansätze für die Valorisierung von CPW zu präsentieren. Eine technoökonomische Bewertung der verschiedenen Ansätze wird vorgestellt. Alle Ansätze sind neuartig und innovativ. Die Valorisierung dieses Abfallproduktes ist nicht nur wirtschaftlich wertvoll, sondern schafft auch Beschäftigung in ländlichen Gebieten, in denen sich viele der Orangensaftindustrien befinden.
Das Projekt "Teilvorhaben GEM: Hydrolytische Enzyme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Botanik und Mikrobiologie, Lehrstuhl für Mikrobiologie durchgeführt. Das YEASTPEC-Konsortium will die fermentative Verwertung von Pektin bzw. Pektinbausteinen (v.a. D-Galakturonsäure, GalA, und Arabinose, Ara), einem Reststoff der Agroindustrie, durch entsprechend modifizierte Stämme der Hefe Saccharomyces cerevisiae erreichen. In dem Teilvorhaben des Verbundpartners GEM sollen Enzyme identifiziert werden, die für die Freisetzung der monomeren Bestandteile von Pektin geeignet sind und in Hefe exprimiert werden können.
Das Projekt "Teilvorhaben JUB: Redoxbilanz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jacobs University Bremen gGmbH - Life Sciences & Chemistry durchgeführt. Die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae hat sich als ein beliebter Produktionsorganismus in der industriellen Biotechnologie etabliert. Dies beruht auf der außergewöhnlichen Einfachheit, mit der man hier zielgerichtete genetische Modifikationen durchführen kann. Tatsächlich konnten bereits einige natürliche Limitationen der Bäckerhefe überwunden werden, die anfangs einer Nutzung von Abfallbiomasse als Rohstoff entgegenstanden. Ein robuster genetisch veränderter Industriestamm, der Inhibitoren in Lignozellulose-haltigen Hydrolysaten tolerieren und neben Glukose auch Xylose zu Ethanol vergären kann, steht als Ausgangsplattform für das YEASTPEC Projekt zur Verfügung. Neben Lignozellulose-haltigen Abfallströmen gibt es preiswerte agro-industrielle Nebenströme, die reich an Pektin sind und daher ebenfalls attraktive Substrate für die industrielle Biotechnologie darstellen. In Europa, ist vor allem das gepresste Fruchtfleisch von Zuckerrüben (Zuckerindustrie) und Früchten (Fruchtsaftindustrie) in hohen Mengen verfügbar. Außer Glukose, sind die Hydrolysate dieser bisher weitgehend unerschlossenen Rohstoffe reich an Galakturonsäure (GalA) und Arabinose. Innerhalb des YEASTPEC Projektes soll ein robuster Industriestamm entwickelt werden, der Enzyme für die Hydrolyse der Polysaccharide in pektinhaltigen Abfällen ausscheiden und alle im Hydrolysat vorherrschenden Zucker, d.h. Glucose, GalA und Arabinose zu Ethanol vergären kann. Das inherente Redoxproblem des Stoffwechselweges für die GalA Vergärung soll durch Zufütterung von Glycerol gelöst werden, wodurch zusätzliche Reduktionsequivalente bereit gestellt werden. Glycerol ist das hauptsächliche Nebenprodukt der gegenwärtigen Biodieselproduktion und steht daher ebenfalls in hohen Mengen preiswert zur Verfügung. Der generierte Industriestamm soll zusätzlich für eine erhöhte Robustheit während der industriellen Fermentation, insbesondere gegenüber schwachen Säuren, verbessert werden.
Das Projekt "ERA-NET Euro TransBio-11: ALFAPRO-Nutzung und Verwertung von Alfalfa außerhalb der klassischen Zuchtindustrie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VivaCell Biotechnology GmbH durchgeführt. Alfalfa ist die am häufigsten angebaute Leguminosen in der Welt, aber wird bislang fast ausschließlich in der Zuchtindustrie verwendet. Alfalfa besitzt die Fähigkeit, Stickstoff und organische Substanz im Boden zu fixieren, dabei die Stabilität des Bodens zu verbessern und der Anbau hat wesentlich geringere negative Auswirkungen auf die Umwelt als beispielsweise der von Soja. Das ultimative Ziel dieses Projektes ist es, die Proteinderivate von Soja durch neue Proteinderivate von Alfalfa in vielen Anwendungen der Lebensmittelindustrie zu ersetzen. Das Projekt soll die Instantaneous Controlled Pressure Drop Technologie mit milden Extraktionstechniken in einer biochemisch integrierten Pilotanlage kombinieren, um mit hoher Effizienz eine breite Palette industriell relevanter Substanzen (Proteine für die Nahrung, Nutraceutical, funktionelle Lebensmittelzutaten, Pektin, Biotreibstoff und Faserstoffe für Bau- und Papierindustrie) zu gewinnen. Das Projekt zielt darauf ab, mindestens 70% der Proteinfraktion von Alfalfa für Anwendungen mit hohem Mehrwert zu gewinnen und eine 20%ige Reduktion des Treibhauspotentials im Vergleich zu Protein aus Sojabohnen zu realisieren. Das kombinierte Verfahren wird in der Lage sein, alle eingesetzten Chemikalien zu recyceln und kann wirtschaftlich selbsterhaltend betrieben werden. Es stellt ein Null-Abfall-Verfahren da, welches mehr als 95% der behandelten Luzerne in Form von festen Fraktionen für Anwendungen außerhalb der Zuchtindustrie nutzbar macht.
Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Technische Chemie durchgeführt. Primäres Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur stofflichen Verwertung von Hemicellulosen (HC). In Bioraffinerien beschränkt sich deren Verwertung derzeit weitestgehend auf die Erzeugung von Dampf, Strom oder Ethanol. Für letzteres existieren noch technische Herausforderungen damit sich dieses Vorhaben lohnt. Um HC erfolgreich zu Nutzen, ist eine gezielte Abtrennung und stoffliche Verwertung von HC ein essentieller Weg. Ziel ist es, HC beim Biomasseaufschluss möglichst vollständig von der Cellulose zu trennen und so zu isolieren, damit sie einer separaten stofflichen Nutzung zugefügt werden kann. Mögliche Einsatzgebiete der isolierten HC (Flotationsmittel, Flockungsmittel, Flammschutzmittel und Papieradditiv) sollen untersucht werden. Aussichtsreich ist die Anwendung der Flotationsmittel, wo derivatisierte Stäke als Produkt bereits Anwendung findet. 1) Charakterisierung der Stoffströme 2) Aufschluss, Isolierung und Reinigung von Hemicellulose (HC) aus Weizenstroh und Haferspelzen 3) Aufschluss, Isolierung und Reinigung von HC und Pektin aus Rübenschnitzel 4) Modifizierung und Derivatisierung der HC für den Flotationsprozess und Testung der Substanzen im Labormaßstab 5) Herstellung und Testung von Flammschutzmitteln auf Basis von HC und Pektinen 6) Herstellung und Testung von Papieradditiven auf Basis von HC 7) Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsstudie.
