EtAc: Verfahrensentwicklung zur Produktion von Ethylacetat aus Molkenrückständen – Mikrobielle Ester-Synthese und innovative prozessintegrierte Produktabtrennung

Bei der Herstellung von Milchprodukten fallen jährlich 12,7 Mio. Tonnen (2012) Molke mit einer prognostizierten jährlichen Steigerungsrate von 1 - 2 % an. Aus der Molke können weitere Inhaltsstoffe wie Proteine und ein Großteil der enthaltenden Lactose gewonnen werden, wobei als Reststoff die durch den hohen Salzgehalt schwer weiterverwertbare Mutterlauge übrig bleibt.

Die Mutterlauge ist jedoch eine interessante Rohstoffquelle für biotechnologische Stoffwandlungen und steht im Mittelpunkt dieses Forschungsvorhabens. Im industriellen Maßstab hat sich die Produktion von Ethanol und β-Galactosidase durchgesetzt. Jedoch hat das Verfahren zur Ethanolherstellung mehrere Nachteile: (a) hohe Anzahl an Prozessstufen, (b) lange Prozesszeit aufgrund von Hemmeffekten, (c) Biomasseinaktivierung bei der Gärung, und (d) hoher Energieaufwand für die Produktgewinnung.

Alternativ kann die in der Mutterlauge enthaltene Lactose mit Hefen aerob zu Ethylacetat umgesetzt werden. Ethylacetat ist ein organisches Lösungsmittel, das bspw. in chemischen Reaktionen oder als Extraktionsmittel eingesetzt wird. Im Jahr 2013 wurden etwa 1,7 Mio. Tonnen ausschließlich über petrochemische Prozesse aus Erdgas und Erdölderivaten produziert.

In den letzten Jahren wurde am Lehrstuhl für Bioprozesstechnik die mikrobielle Synthese von Ethylacetat durch Hefen detailliert untersucht. Dabei wurde ein besonderes Augenmerk auf die Hefe Kluyveromyces marxianus gelegt, welche schnell wächst und für eine intensive Ethylacetat-Bildung bekannt ist. Im Vergleich zu Ethanol ist Ethylacetat leicht flüchtig und wird bei aerober Prozessführung aus dem System mit dem Abgas ausgetragen, womit sich die Möglichkeit zur prozessintegrierten Produktgewinnung ergibt.

In Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) soll der Prozess zur Produktion und Gewinnung von Ethylacetat im Labormaßstab entwickelt werden. Am Lehrstuhl für Bioprozesstechnik wird das Produktionsverfahren ausgelegt und optimiert und das IKTS entwickelt eine Keramikmembran, die spezifisch Ethylacetat aus der Prozessluft abtrennt.

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