Sophoroselipide von Candida bombicola: Eine neue Molekülstruktur sowie Anwendung von Ultraschall-Zellseparations-Technik als innovative Trennmethode zur Erleichterung des Downstream Processing

Palme, Olof, Hendrik

doi:10.24355/dbbs.084-201102141003-0

Published

Sophoroselipide von Candida bombicola : Eine neue Molekülstruktur sowie Anwendung von Ultraschall-Zellseparations-Technik als innovative Trennmethode zur Erleichterung des Downstream Processing

German
English

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von Sophoroselipiden mit der Hefe Candida bombicola. Die Arbeit gliedert sich in zwei Teilbereiche: Die Herstellung von Sophoroselipiden aus ungewöhnlichen hydrophoben Co-Substraten im Schüttelkolbenmaßstab. Unter den so entstandenen Produkten sollten Neuartige identifiziert und ihre Struktur aufgeklärt werden. Die Integration eines Verfahrens zur Zellabtrennung in den Produktionsprozess. Es sollte untersucht werden, ob dadurch die Aufarbeitung des Produktes vereinfacht oder die Produktivität des Prozesses erhöht werden kann. Da die Zusammensetzung der Sophoroselipidgemische, die mit C. bombicola hergestellt werden, stark von den verwendeten hydrophoben Co-Substraten abhängt, wurden dafür verschiedene Pflanzenöle, Fettsäuren oder langkettige Alkohole verwendet. Die Analyse der Produktgemische erfolgte mit Dünnschichtchromatographie, Gaschromatographie mit nachfolgender Massenspektrometrie nach saurer Methanolyse oder Kernspinresonanzspektroskopie und Massenspektrometrie. Damit konnte gezeigt werden, dass Kultivierungen mit dem Co-Substrat 2-Hexyl-1-Decanol neuartige Produkte ergeben können. Ein Produkt der Kultivierung mit 2-Hexyl-1-Decanol konnte als neuartiges Alkyl-Glucosid mit verzweigtem hydrophoben Anteil identifiziert werden. Als Verfahren zur Zellabtrennung, das in den Produktionsprozess integriert werden sollte, wurde zunächst die das so genannte Ultrasonically Enhanced Settling gewählt. Dieses relativ neue Verfahren wurde zunächst hinsichtlich seiner Anwendbarkeit mit C. bombicola geprüft, bezüglich verschiedener Einflussgrößen charakterisiert und schließlich in einen laufenden Produktionsprozess integriert. Dabei zeigte sich, dass gute Trennleistungen von über 99 % mit hohen Überlebensraten der Zellen erzielbar waren. Allerdings wurde auch deutlich, dass dieses Trennverfahren empfindlich gegenüber hohen Konzentrationen an hydrophobem Co-Substrat von über 25 g/l war. Bei einer Bioreaktorkultivierung von C. bombicola mit integrierter Ultraschallzelltrennung konnten ca. 23 % des gebildeten Produktes aus dem Prozess abgeschieden und dadurch die Produktaufarbeitung deutlich vereinfacht werden. Des Weiteren wurde die grundsätzliche Durchführbarkeit von aufeinander folgenden Querstrom-Membranfiltrationsschritten im Mikro- und Ultrafiltrationsmaßstab zur Trennung von Zellen und Produkt gezeigt.

This work presents the production of sophorose lipids with the yeast Candida bombicola. It is separated into two parts: The production of sophorose lipids using unusual hydrophobic carbon co-substrates on shaking flask scale. Among the products obtained this way, novel ones should be identified and their strucure elucidated. The integration of a cell separation procedure into the production process. It should be examinated if the down stream processing could be facilitated or the process productivity could be increased. Because the composition of the sophorose lipid mixtures produced by C. bombicola strongly depends on the used hydrophobic co-substrates, different plant oils, fatty acids or long-chained fatty alcohols were used for this purpose. The analysis of the product mixtures was performed via thin layer chromatography, gas chromatography and following mass spectrometry after acidic methanolysis or nuclear magnetic resonance spectroscopy and mass spectrometry. Thus it could be shown that cultivations using the co-substrate 2-hexyl-1-decanol can result in novel products. One of the cultivation products with 2-hexyl-1-decanol could be identified to be a novel alkyl-glucoside containing a branched hydrophobic part. The procedure chosen at first to be integrated into the production process was the so-called ultrasonically enhanced settling. This rather new procedure was first examined with respect to its applicability with C. bombicola, then several influencing parameters were characterized and finally it was integrated into a running production process. It could be shown that good separation efficiencies of more than 99 % could be achieved at high survival rates of the yeast cells. Nevertheless, the procedure was shown to be sensitive to high concentrations of hydrophobic co-substrate of more than 25 g/L. During a bioreactor cultivation of C. bombicola, about 23 % of the product could be separated during the process using ultrasonically enhanced settling and thus downstream processing could be enormously facilitated. Furthermore, the basic applicability of consecutive cross-flow membrane filtration steps at micro and ultra filtration scale could be shown to be effective in the separation of cells and product.