{"id":145262,"date":"2024-06-07T07:05:00","date_gmt":"2024-06-07T05:05:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=145262"},"modified":"2024-05-31T15:01:59","modified_gmt":"2024-05-31T13:01:59","slug":"ein-pilz-verwandelt-zellulose-direkt-in-neuartige-plattformchemikalie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/ein-pilz-verwandelt-zellulose-direkt-in-neuartige-plattformchemikalie\/","title":{"rendered":"Ein Pilz verwandelt Zellulose direkt in neuartige Plattformchemikalie"},"content":{"rendered":"\n\n
\n
\"Konventionelle
Konventionelle Bioprozesse nutzen drei separate Schritte, um Zellulose in Produkte wie Bioplastik und Biotreibstoffe umzuwandeln. Die konsolidierte Bioprozesstechnik (CBP) kombiniert alle Schritte in einem einzigen Reaktor. \u00a9 ACS Sustainable Chem. Eng. 2024, 12, 9, 3408-3418<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Der Pilz Talaromyces verruculosus kann die vom Markt bisher wenig beachtete Chemikalie erythro-Isozitronens\u00e4ure direkt aus billigen Pflanzenabf\u00e4llen produzieren und somit f\u00fcr eine industrielle Nutzung interessant machen. Unter Verwendung der nat\u00fcrlichen F\u00e4higkeiten des gentechnisch nicht ver\u00e4nderten Pilzes hat ein Forschungsteam aus Jena damit eine Methode zur effizienten Umwandlung von Zellulose in eine Form der Isozitronens\u00e4ure entdeckt. Die neue Herstellungsmethode k\u00f6nnte das bisher komplexe und mehrstufige Verfahren zur Gewinnung von Plattformchemikalien aus Zellulose deutlich vereinfachen, indem nur noch ein einziger Bioprozess notwendig w\u00e4re. Das bisher kaum verwendete Schwestermolek\u00fcl der intensiv genutzten Zitronens\u00e4ure kann dank der neuen kosteng\u00fcnstigen Methode einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft zugutekommen \u2013 vorausgesetzt, es g\u00e4be einen Markt daf\u00fcr. Die Studie wurde von einem Forschungsteam des Leibniz-Instituts f\u00fcr Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie \u2013 Hans-Kn\u00f6ll-Institut (Leibniz-HKI) in der Fachzeitschrift ACS Sustainable Chemistry & Engineering<\/em><\/a> ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n\n\n

\n
\"Zitronens\u00e4ure
Zitronens\u00e4ure und Isozitronens\u00e4ure sind eng verwandt und weisen nur geringe Unterschiede in ihrer Molek\u00fclstruktur auf.
\u00a9 Friederike Gawlik\/Leibniz-HKI<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Als nat\u00fcrliche Stoffwechselprodukte der meisten Lebewesen geh\u00f6ren Zitronens\u00e4ure und Isozitronens\u00e4ure zu den am weitesten verbreiteten S\u00e4uren in der Natur. Zitronens\u00e4ure wird industriell in gro\u00dfen Mengen mit dem Schimmelpilz Aspergillus niger hergestellt. Mit etwa 2,8 Mio. Tonnen Jahresproduktion weltweit ist sie eines der volumenst\u00e4rksten biotechnologischen Produkte \u00fcberhaupt. Ihr Anwendungsspektrum ist enorm: Ob als Entkalkungsmittel, Konservierungsstoff, Pflegeprodukt oder Geschmacksverst\u00e4rker \u2013 die vielseitige nat\u00fcrliche Chemikalie ist ein wichtiger und zudem billiger Zusatzstoff in der Industrie, da die biotechnologische Gewinnung \u00e4u\u00dferst effizient und unkompliziert verl\u00e4uft. Auch die Herstellung von Biokunststoffen und Biokraftstoffen aus Zitronens\u00e4ure ist technisch m\u00f6glich. Da Zitronens\u00e4ure jedoch aus Zucker hergestellt wird und damit in direkter Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion steht, sind diese Anwendungsfelder bisher weder wirtschaftlich noch nachhaltig. Tats\u00e4chlich verbraucht die Produktion von Zitronens\u00e4ure momentan mehr als 1% der globalen Zuckerproduktion.<\/p>\n\n\n\n

Isozitronens\u00e4ure ist der Zitronens\u00e4ure sehr \u00e4hnlich, lediglich eine Hydroxylgruppe ist an einem anderen Kohlenstoffatom positioniert. Damit wird das Molek\u00fcl asymmetrisch und es existieren zwei unterschiedliche Varianten, sogenannte Diastereomere, die als threo- und erythro-Isozitronens\u00e4ure bezeichnet werden. Jedes Diastereomer hat nochmal zwei spiegelbildliche Varianten, die D- und L-Form. Zitronen- und Isozitronens\u00e4ure haben beinahe identische Eigenschaften und es ist zu vermuten, dass die Iso-Form ebenso breit einsetzbar w\u00e4re. Das dem nicht so ist, liegt daran, dass es bislang noch kein effizientes Herstellungsverfahren f\u00fcr reine Isozitronens\u00e4ure gab, sie ist daher momentan nur als Forschungschemikalie verf\u00fcgbar. So kostet ein Kilogramm der Substanz aktuell ca. 18.000 Euro. Durch das neue Produktionsverfahren wird jedoch eine nachhaltige und preisg\u00fcnstige Produktion aus pflanzlichen Abfall- und Reststoffen wie Stroh, Altpapier oder Holzresten erm\u00f6glicht, die es in Zukunft erlauben k\u00f6nnte, Isozitronens\u00e4ure sogar g\u00fcnstiger als Zitronens\u00e4ure herzustellen. F\u00fcr die Nutzung solcher erneuerbaren Ausgangsmaterialien war bislang ein komplexes, dreistufiges Verfahren erforderlich. Hierbei ben\u00f6tigte man teure Enzyme, um die Zellulose zun\u00e4chst enzymatisch in Zucker aufzuspalten, damit sie schlie\u00dflich von den Mikroorganismen verwertet werden konnte.<\/p>\n\n\n\n

Ein Pilz \u2013 ein Prozess<\/h3>\n\n\n
\n
\"Drei
Drei Kolonien von Talaromyces verruculosus in einer Petrischale. \u00a9 Ivan Schlembach\/Leibniz-HKI<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Ein vielversprechender Ansatz ist die so genannte konsolidierte Bioprozesstechnik (engl. consolidated bioprocessing [CBP]), bei der verschiedene Verfahrensschritte unter Verwendung geeigneter Mikroorganismen zu einem einzigen Prozess zusammengefasst werden. Star des neuen biotechnologischen Verfahrens ist der Schimmelpilz Talaromyces verruculosus<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Bei Screening-Tests entdeckte Erstautor Ivan Schlembach, dass der aus der Natur isolierte Wildtyp von T. verruculosus<\/em> Lignozellulose direkt in erythro-Isozitronens\u00e4ure umwandeln kann, und zwar en masse und sehr effizient in einem einzigen Prozess, bei dem der Pilz alle ben\u00f6tigten Enzyme hierf\u00fcr selbst bildet.<\/p>\n\n\n\n

In Experimenten haben die Forschenden die idealen Bedingungen f\u00fcr den Zelluloseabbau und die Produktion von Isozitronens\u00e4ure ermittelt, einschlie\u00dflich Faktoren wie Stickstoffgehalt, pH-Wert, Temperatur und N\u00e4hrstoffkonzentration. Daneben entwickelten sie neue Methoden, um die Aktivit\u00e4t des Enzyms Cellulase, das f\u00fcr den Abbau von Zellulose entscheidend ist, w\u00e4hrend des Fermentationsprozesses genau messen zu k\u00f6nnen. Dies erm\u00f6glicht eine optimale Steuerung des Herstellungsprozesses. <\/p>\n\n\n\n

\n

Miriam Rosenbaum leitet das Biotechnikum am Leibniz-HKI und ist Professorin f\u00fcr Synthetische Biotechnologie an der Friedrich-Schiller-Universit\u00e4t Jena<\/strong>. Sie erkl\u00e4rt: \u201eT. verruculosus<\/em> besitzt die einzigartige F\u00e4higkeit, Lignozellulose mit einer bemerkenswerten Effizienz direkt in erythro-Isozitronens\u00e4ure umzuwandeln. Die Umwandlungsraten des Pilzes sind dabei vergleichbar mit denen von Glukose, die im Labor als Ausgangsmaterial f\u00fcr den Fermentationsprozess genutzt wird. Mit dem Pilz haben wir einen einfacheren und g\u00fcnstigeren Prozess entwickelt.\u201c<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Produkt sucht Markt<\/h3>\n\n\n
\n
\"Talaromyces
Talaromyces verruculosus unter dem Mikroskop. \u00a9 Ivan Schlembach\/Leibniz-HKI<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Isozitronens\u00e4ure l\u00e4sst sich chemisch leicht in Itakons\u00e4ure umwandeln, f\u00fcr die bereits ein gro\u00dfer Bedarf zur Produktion nachhaltiger Kunststoffe und Beschichtungen besteht. Fehlende Abnehmer sollte es bei einer g\u00fcnstigen Verf\u00fcgbarkeit von erythro-Isozitronens\u00e4ure also nicht geben. Allerdings besteht die gleiche H\u00fcrde wie f\u00fcr jede neue Substanz: Da erythro-Isozitronens\u00e4ure bislang nicht in gro\u00dfen Mengen verf\u00fcgbar war, muss der Markt hierf\u00fcr erst aufgebaut werden. Das jetzt entwickelte, deutlich g\u00fcnstigere Verfahren er\u00f6ffnet erst neue M\u00f6glichkeiten und Anwendungen.<\/p>\n\n\n\n

Besonders ist zudem die Tatsache, dass in dem Verfahren ausschlie\u00dflich erythro-Isozitronens\u00e4ure und nicht ein Gemisch verschiedener Diastereomere gebildet wird. Das macht das Molek\u00fcl vor allem f\u00fcr Spezialanwendungen, beispielsweise in der Pharmaindustrie, interessant. Bei Arzneistoffen ist h\u00e4ufig nur ein Diastereomer wirksam, es muss daher aus dem Gemisch beider Varianten aufw\u00e4ndig isoliert werden. Erythro-Isozitronens\u00e4ure kann als wertvoller chiraler Baustein f\u00fcr chemische Synthesen dienen.<\/p>\n\n\n\n

Die spezifischen biologischen Eigenschaften von erythro-Isozitronens\u00e4ure sind bislang noch wenig erforscht. Jedoch konnten f\u00fcr das Schwestermolek\u00fcl threo-Isozitronens\u00e4ure viele n\u00fctzliche Eigenschaften demonstriert werden. So kann letztere insbesondere in der Medizin, der Pharma-, Kosmetik- oder Lebensmittelbranche eine wertvolle Erg\u00e4nzung zur Zitronens\u00e4ure darstellen, zum Beispiel als Chelatbildner, als Gerinnungshemmer bei Blutproben, als funktioneller Nahrungserg\u00e4nzungsstoff, als Bestandteil von Kosmetika, als Konservierungsmittel oder als Anti-Aging-Verbindung in Lifestyle-Produkten.<\/p>\n\n\n\n

Die Erkenntnisse unterstreichen, dass Organismen wie T. verruculosus<\/em> die nachhaltige Verwertung von Bioabf\u00e4llen erm\u00f6glichen und die Produktion wertvoller Chemikalien aus erneuerbarer Biomasse wirtschaftlich rentabel machen k\u00f6nnen. <\/p>\n\n\n\n

\n

\u201eDie Natur birgt ein enormes Potenzial, globale Herausforderungen in Sachen Nachhaltigkeit anzugehen. Mit dem Pilz T. verruculosus<\/em> ist der Grundstein f\u00fcr eine g\u00fcnstige gr\u00fcne Technik gelegt, vielf\u00e4ltige industrielle Verwendungsm\u00f6glichkeiten von Isozitronens\u00e4ure gibt es obendrein. Das einzige, was im Moment noch fehlt, ist die Offenheit des Marktes f\u00fcr das neue Verfahren\u201c, betont Ivan Schlembach<\/strong>.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Das Forschungsteam ist nun dabei, den Prozess weiter zu optimieren und die biochemischen Reaktionen zur Bildung von Isozitronens\u00e4ure aufzukl\u00e4ren. Durch die Verfeinerung biochemischer Parameter m\u00f6chten die Forschenden aus Jena zum \u00dcbergang zu einer nachhaltigen und ressourceneffizienten Bio\u00f6konomie beitragen. In Zukunft wollen sie gemeinsam mit interessierten Industriepartnern ausloten, ob das inzwischen patentierte Verfahren sich auch am Markt behaupten kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Der Pilz Talaromyces verruculosus kann die vom Markt bisher wenig beachtete Chemikalie erythro-Isozitronens\u00e4ure direkt aus billigen Pflanzenabf\u00e4llen produzieren und somit f\u00fcr eine industrielle Nutzung interessant machen. Unter Verwendung der nat\u00fcrlichen F\u00e4higkeiten des gentechnisch nicht ver\u00e4nderten Pilzes hat ein Forschungsteam aus Jena damit eine Methode zur effizienten Umwandlung von Zellulose in eine Form der Isozitronens\u00e4ure entdeckt. […]<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":145271,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","nova_meta_subtitle":"Ein neues Verfahren zur Massenproduktion von erythro-Isozitronens\u00e4ure aus Abf\u00e4llen k\u00f6nnte die Substanz zuk\u00fcnftig f\u00fcr die Industrie interessant machen","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[10608,11229,16171,11841,15913,20249,11769],"supplier":[1457,9616],"class_list":["post-145262","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-bio-based","tag-biooekonomie","tag-biotechnologie","tag-fermentation","tag-kreislaufwirtschaft","tag-pilz","tag-plattformchemikalien","tag-zellulose","supplier-universitaet-jena","supplier-hans-knoell-institut"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/145262","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=145262"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/145262\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media\/145271"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=145262"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=145262"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=145262"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=145262"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}