Производство повседневных товаров с помощью грибов
Большинство моющих средств, косметики и одежды производятся с использованием нефти, что делает эти повседневные товары неэкологичными. Теперь стало возможным производить биоосновные и CO2-нейтральные базовые химикаты для таких изделий с помощью грибов. Исследовательские команды Fraunhofer разрабатывают методы ферментации и производственные процессы для их промышленного масштабирования.
Исследователи из Института инженерных и биотехнологических исследований межфазных границ Fraunhofer IGB в Штутгарте активно изучают плесени, в частности род Aspergillus, а также дрожжи и головнёвые грибы. По словам профессора Штеффена Руппа, эти грибы помогают синтезировать разнообразные химические вещества CO2-нейтральным способом, которые служат основой для моющих средств, эмульгаторов, косметики, фармацевтики, пестицидов и пластиков.
Использование возобновляемого сырья, в отличие от нефти, не приводит к выбросам CO2 в атмосферу. Пул потенциальных производственных организмов и спектр преобразуемого ими возобновляемого сырья практически неисчерпаемы. Благодаря разнообразным метаболическим путям грибы производят широкий ассортимент продуктов для различных применений.
От яблочной кислоты до био-ПАВ и полиэстеров
Исследователи Fraunhofer IGB производят с помощью грибов различные химические вещества. Пример — яблочная кислота, растущий рынок которой включает придание кислого вкуса продуктам (джемам, сокам), улучшение срока годности выпечки и использование в качестве строительного блока для био-полиэстеров. Её можно производить с помощью плесневых грибов Aspergillus, которые преобразуют сахар или растительные масла в процессе, аналогичном пивоварению.
Ферментация на основе, например, сахарного раствора из древесины хорошо работает в лабораторных масштабах. Сейчас учёные работают над масштабированием процесса для коммерциализации, в частности, повышая выход ферментации.
Похожий процесс позволяет создавать поверхностно-активные вещества для производства моющих средств, эмульгаторов, активных ингредиентов для косметики, фармацевтики и пестицидов. Для этого используются головнёвые грибы (нем. Brandpilze — «ожоговые грибы»). Цель — оптимизировать состав производимых био-ПАВ для различных применений в сфере моющих средств и эмульгаторов.
Определённые дрожжи могут производить молекулы, необходимые для синтеза новых пластиков, например, длинноцепочечные дикарбоновые кислоты. Исследователям Fraunhofer IGB удалось разработать процесс их производства из штамма Candida.
Масштабирование: пилотная установка и биорефайнинг Fraunhofer
Для промышленного применения био-химикатов (ПАВ, пищевых компонентов, молекулярных строительных блоков для пластиков) необходим их синтез в больших масштабах. Это сложная задача: мировое производство ПАВ, например, составляет 18 миллионов тонн в год. Масштабирование процессов с килограммов до тонн требует значительных инженерных и вычислительных усилий.
После решения вопросов на малой шкале (состав питательной среды, способ подачи питания грибам) процессы крупномасштабного производства отрабатываются в Центре химико-биотехнологических процессов Fraunhofer CBP. Пилотная установка позволяет масштабировать ферментацию до 10 кубических метров.
Предпочтительным сырьём для учёных является древесный сахар (растворы, содержащие глюкозу и ксилозу). Его можно получить непосредственно в лигно-целлюлозном биорефайнере Fraunhofer CBP и добавить в культуральную среду. Это создаёт плесневым и другим грибковым организмам оптимальные условия для роста на возобновляемом сырье, позволяя производить химикаты в тоннах.