Produktion hochwertiger Oligosaccharide aus nachwachsenden Rohstoffen

Die biotechnologische Produktion von OS und insbesondere FOS gewinnt zunehmend an Bedeutung. Aufgrund ihrer präbiotischen Eigenschaften stellen sie interessante Produkte für die Pharma-, Kosmetik- und Ernährungsindustrie dar. Aus einer Ftf-Bibliothek konnte die SacB aus B. meg. als geeignetes Enzym für die Transfructosylierung der Akzeptoren Isomaltulose, Xylose und Galacturonsäure (GalA) ermittelt werden. Dabei erwies sich GalA als interessantester Akzeptor (Umsatz zu GalA-Fru 86%). Zur Etablierung einer kontinuierlichen Prozessführung konnte gezeigt werden, dass die Adsorption der SacB an den Träger Bentonit und dem anschließendem Einschluss in Alginat zu Immobilisat führt, das für den Einsatz im kontinuierlich betriebenem System zur Produktion von FOS geeignet ist. Zur kinetischen Beschreibung der SacB wurde ein kinetisches Modell entwickelt, das die Bestimmung der kinetischen Parameter der Akzeptorreaktion mit GalA zur Produktion des GalA-Fru ermöglicht. Die kinetischen Konstanten wurden dabei durch Integration nach Runge-Kutta in Kombination mit dem Simplexalgorithmus zur Parameteroptimierung ermittelt. Die Konzentrationsverläufe der Akzeptorreaktionen konnten sowohl für die native, die adsorbierte als auch die in Alginat eingeschlossene SacB gut durch das Modell beschrieben werden. Die ermittelten kinetischen Parameter verdeutlichten, dass die Immobilisierung der Ftf einen Shift von Hydrolyse zur Produktbildung bewirkt. Für die nachgeschaltete säulenchromatographische Aufreinigung des FOS wurde der Kationentauscher Purolite PCR642 gefunden. Dieser erlaubt eine präparative Gewinnung des GalA-Fru (Ausbeute 44%, Reinheit 75%). Für die kontinuierliche Produktion des GalA-Fru wurde eine Optimierung der Randbedingungen des Prozesses durch mathematische Simulation durchgeführt. Darüberhinaus konnte ein Reaktionssystem bestehend aus einer Wirbelschicht aus Bentonit-Alginat-Immobilisat der SacB aufgebaut werden, das eine kontinuierliche Produktion des GalA-Fru ermöglicht.