Je leest:

Delfts onderzoek op weg naar continue biotechnologische productie

Delfts onderzoek op weg naar continue biotechnologische productie

Auteur: | 6 januari 2009

De Delftse onderzoekster Maria Cuéllar Soares ontwikkelde een manier om de biotechnologische productie van vaste stoffen sterk te verbeteren. Haar aanpak voor de gelijktijdige uitvoering van fermentatie en kristallisatie leverde een patent op én waardering van industriële partners als DSM en Schering Plough. Cuéllar promoveerde vlak voor kerst bij de hoogleraren Luuk van der Wielen (bioscheidingstechnologie) en Sef Heijnen (bioprocestechnologie).

Zuivere kristallen fenylalanine komen er uit de opstelling in het Delftse laboratorium van Maria Cuéllar Soares. Het aminozuur is een belangrijke bouwsteen in de productie van aspartaam, de kunstmatige zoetstof die te vinden is in allerlei diet en light producten in de schappen van de supermarkt. Waar de industrie fenylalanine vervaardigt met bacteriën in grote fermentoren, beschikt Cuéllar over een vaatje van twee liter. Toch kan haar kleine opstelling van grote betekenis zijn voor biotechnologische productie van verbindingen zoals fenylalanine.

Fenylalanine (Phe) is een van de twintig natuurlijk voorkomende aminozuren.

Cuéllar bestudeerde de productie van het aminozuur vooral als case, als model voor een heel scala aan biotechnologische processen. De uit Colombia afkomstige onderzoekster legt uit dat industriële biotechnologie vrijwel altijd per batch wordt uitgevoerd. Zoals je in de keuken een gerecht per pan klaarmaakt, zo vullen de biotechnologen een reactor steeds opnieuw om keer op keer een nieuwe lading product te vervaardigen. Terwijl een continuproces in principe een stuk goedkoper is. In raffinaderijen of kunstmestfabrieken laten chemici dat al jaren zien. Cuéllars onderzoek is erop gericht om die aanpak ook toe te passen op biotechnologische processen.

Filter

In het proces waar Cuéllar patent op kreeg wordt vloeistof met opgelost product afgetapt uit de bioreactor. Een filter zorgt ervoor dat de bacteriën achterblijven. De vloeistofstroom wordt vervolgens ‘ingedikt’ door er via een halfdoorlatend membraan water uit te persen, dat teruggaat naar de bioreactor. Het idee is dat de concentratie van het fenylalanine in de productstroom zó hoog wordt dat het uit zichzelf uitkristalliseert.

Schematische weergave van het voorgestelde proces, zoals vastgelegd in het patent. Bron afbeelding: TU Delft

Helaas voor Cuéllar ontstaan daarbij niet vanzelf de gewenste kristallen. Aan zichzelf overgelaten levert een oververzadigde fenylalanine-oplossing naaldvormige kristallen, die industrieel lastig te verwerken zijn. De onderzoekster moest een manier bedenken om in plaats van dit monohydraat de veel gemakkelijker te hanteren plaatvormige anhydraat kristallen te verkrijgen. Ze slaagde daar in via enten: de toevoeging van kleine hoeveelheden van de gewenste kristalvorm.

Economisch zinvol

In de door Cuéllar voorgestelde procesvoering kunnen de bacteriën in principe voortdurend blijven produceren terwijl elders in de procesinstallatie het product wordt geïsoleerd. Dat kan een flinke kostenreductie betekenen ten opzicht van de _batch_gewijze productie. De promovenda stelde niet alleen vast welke condities procestechnisch optimaal zijn, maar ook welke uitvoering economisch gezien het meest zinvol is.

Cuéllar komt tot de conclusie dat het Delftse concept van ‘productverwijdering via kristallisatie gedurende fermentatie’ in principe levensvatbaar is – in ieder geval voor de productie van fenylalanine. Ook voor andere biotechnologische productieprocessen lijkt het zinvol. Al is er wel een belangrijke ‘maar’: de specifieke eigenschappen ieder biotechnologisch proces stellen zo hun eigen eisen aan de procesvoering. De Delftse bioprocestechnologen zijn echter vol vertrouwen dat het concept in de toekomst ook voor andere processen geschikt zal blijken. Ze hebben de kennis en de opstelling om dat verder uit te zoeken. En het patent dat er voor zorgt dat anderen niet met het idee aan de haal kunnen gaan.

Grootschalige chemische productie vindt vrijwel altijd plaats in continu-installaties, zoals hier de raffinaderij van ExxonMobil in Rotterdam. Beeld: ExxonMobil

Meer over het Delftse onderzoek:

Klik hier om het artikel uit Delft Integraal als PDF te downloaden.

Meer over de productie van aspartaam

Meer weten over biotechnologie?

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 06 januari 2009
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.