„nachhaltige technologien 04 | 2022"

Die Einsatzmöglichkeiten des OFB sind breitgefä- chert, und viele Herausforderungen von biobasierten Prozessen können mit dem Reaktor bestens adres- siert werden. Aktuell laufen im Labor in Gleisdorf Versuchsreihen mit Biertreber, welcher in großen Mengen als Ne- benprodukt des Brauprozesses anfällt und daher ein interessantes Substrat für eine kaskadische Ressour- cennutzung darstellt. Bezogen auf sein Trockenge- wicht liegt der Proteingehalt von Trebern bei etwa 25 Prozent. In unterschiedlichen Versuchsreihen wurden geeignete Bedingungen in Bezug auf Vorbehandlung, Extraktionsmittel, Oszillationsparameter für die Proteinextraktion im OFB evaluiert. Der Aufbau der modularen Anlage kann sowohl im Batch, als auch im kontinuierlichen Modus betrieben werden. Bisher konnten die gewünschten Verweilzeiten der Reak- tion, welche im Bereich von drei bis fünf Stunden liegen, in Reaktorlängen von ca. 0,5 bis 5 Meter bei ausreichender Durchmischung des Trebers erreicht werden. Der Treber wurde dabei mit 10 Prozent Fest- stoffgehalt und ohne Vorbehandlung eingesetzt. Im Zuge der basischen Extraktion im Oszillierenden Flow Bioreaktor konnten Proteinausbeuten zwischen 70 – 85 Prozent erreicht werden. Die entsprechenden Aminosäureprofile zeigen mengenmäßig vorwiegend Glutaminsäure, Leucin, Asparaginsäure, Phenylalanin und Valin. Zudem wurde das Biogaspotenzial des verbleibenden Extraktionsrückstands erfasst. Die spezifische Ausbeute bezogen auf die organische Trockensubstanz erfährt nach ersten Tests vergli- chen mit einer nicht hydrolysierten Treber-Probe keine wesentliche Veränderung. Weitere Versuchs- reihen sowie die Evaluierungen der stofflichen und energeti- schen Valorisierung des Trebers finden derzeit statt und werden in einem Bioraffineriekonzept zusammengestellt. Extraktion von Protein mittels neuartigem Oszillierenden Flow Bioreaktor (OFB) - Forschung und Entwicklung bei AEE INTEC Am Institut für Nachhaltige Technologien in Gleis- dorf wird ein alternativer Weg erprobt, um Prote- ine besser verfügbar zu machen. In den Projekten HIPSTERS und COHORIS werden unterschiedliche Extraktionsverfahren entwickelt und erforscht. Zur Va- lorisierung von biogenen Reststoffen setzt AEE INTEC den Oszillierenden Flow Bioreaktor als innovative Extraktionstechnologie ein. Gemeinsam mit der TU Graz wird neben der Reaktortechnologie auch an den bestgeeignetsten Extraktionsmitteln geforscht, um Proteine sowie deren Aminosäurebestandteile aus Lebensmittel-Reststoffsuspensionen direkt in einem kontinuierlichen Prozess mit hoher Ausbeute zu lösen und zur weiteren Verarbeitung zu gewinnen. Der Oszillierende Flow Bioreaktor (OFB) wird dafür auf Grund idealer Durchmischung und intensiviertem Massentransfer als eine „Key Enabling Technology“ 2 eingesetzt, um chemische und enzymatische Extrak- tionswege, z. B. ionische Flüssigkeiten im kombinier- ten Einsatz mit Enzymen wie Proteasen, Cellulasen und Xylanasen, mit direktem Einsatz der Biomasse zu realisieren. Neben dem Hauptfokus Reinheit und Zusammensetzung der extrahierten Proteine werden zusätzlich der weitere Weg der verbleibenden Rest- stoffe auf stofflicher Basis - Nährstoffvalorisierung im Sinne der Kreislaufwirtschaft - und die Möglich- keiten einer energetischen Nutzung betrachtet. Das Ergebnis der Versuche wird in ein gesamtheitliches Bioraffineriekonzept eingebettet. Der OFB wurde bei AEE INTEC bereits in der en- zymatischen Hydrolyse von Zellulose zu Glukose eingesetzt und zeigte deutliches Prozessintensivie- rungspotenzial gegenüber herkömmlichen Rührkes- selreaktoren. Ein wesentlicher Vorteil des Reaktors ist die Entkopplung der Flussgeschwindigkeit von der Verweilzeit der Partikel. Dies wird durch die im Rohr- reaktor eingebauten Baffles (Prallplatten/Helices) in Kombination mit optimalen Oszillationsparametern (Frequenz und Amplitude) ermöglicht. Somit können auch langsame Reaktionen kontinuierlich im Rohrre- aktor stattfinden. Durch die optimale Durchmischung konnten sehr hohe Feststoffgehalte an Biomasse verarbeitet, und der Enzymeinsatz gesenkt werden. Dipl.-Ing. Christof Ertl ist Head of Engineering, Christof Global Impact. C.ertl@christofimpact.com Dipl-Ing. in Judith Buchmaier ist wissenschaftliche Mitarbeiterin und Dissertantin in der Forschungsgruppe „Wasser- und Prozesstechnologien“ bei AEE INTEC. j.buchmaier@aee.at AA AsX Glx Ser His Gly Thr Arg Ala Tyr Val Ile Phe Leu Lys Cys Met Trp mg AA/ ml 1,8 6,7 1,1 0,7 1,0 0,7 0,9 1,2 1,1 1,5 1,1 1,6 2,1 0,6 0,1 0,7 0,3 Aminosäurenzusammensetzung nach Extraktion von Protein im kontinuierlichen Oszillierenden Flow Bioreaktor. Substrat: Treber, Feststoffgehalt: 10 %, Verweildauer: 3 – 4,5 h (AA ... Amino Acid) 17 16 INNOVATIONEN IN DER KREISLAUFWIRTSCHAFT