Toepassingen

Op dit moment wordt bio-ethanol exclusief geproduceerd door fermentatie van plantaardige suikers door bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae, zie elektronenmicroscopische opname hiernaast). Dit micro-organisme kan suikers zoals sucrose (kristalsuiker) en glucose met hoge snelheid en opbrengst omzetten in ethanol. Reststromen van land- en bosbouw bevatten echter ook andere suikers, zoals bijvoorbeeld xylose (houtsuiker), arabinose en rhamnose. Bakkersgist kan deze suikers niet omzetten in ethanol. Door een combinatie van genetische modificatie en ‘evolutie in het lab’ zijn onderzoekers in de sectie erin geslaagd om efficiënte omzetting van xylose en arabinose in ethanol mogelijk te maken. Het onderzoek wordt uitgevoerd in nauwe samenwerking met Koninklijke Nedalco in Bergen op Zoom; het onderzoek aan arabinose-fermentatie is onderdeel van het B-Basic programma, waarin onder andere Shell en DSM participeren. Dit type onderzoek zal ook in de komende jaren een belangrijk onderdeel van de activiteiten van de sectie blijven. Immers, bij bulkprocessen zijn ook componenten die een klein onderdeel van de koolstof in de grondstof uitmaken, van belang voor een rendabele en duurzame procesvoering.

Robuustheid van bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) in industriële processen. De spectaculaire vooruitgang die in de jaren 2002-2006 is geboekt in het Delftse onderzoek aan bioethanol-productie uit xylose en arabinose (zie hierboven) is gebaseerd op studies in schone, volledig gedefinieerde voedingsoplossingen (de heldere oplossing in de linker fles). In de industrie zal de bakkersgist echter geconfronteerd worden met omstandigheden die sterk afwijken van deze ‘academische’ kweekcondities. Zo bevatten hydrolysaten van plantaardige reststromen (de bruin-zwarte oplossing in de rechter fles) veel chemische verbindingen die de groei van gisten remmen. Voorbeelden van dit soort verbindingen zijn onder andere furfural, hydroxymethylfurfural, azijnzuur en andere organische zuren. De eerste pilotstudies met industriële media, die zijn uitgevoerd in samenwerking met onze industriële partner Koninklijke Nedalco, laten zien dat de ‘academische gisten’ wel degelijk in staat zijn om in industriële media ethanol te produceren uit xylose. Echter, voor grootschalige toepassing is verdere verhoging van de robuustheid van deze giststammen nodig. Een aantal onderzoeksprojecten richt zich daarom specifiek op het verhogen van stresstolerantie voor bioethanolproductie.

Uitbreiding van het productspectrum van  bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) in industriële processen. Net zoals nu het geval is in de petrochemische industrie, zal in de ‘bio-based economy’ de ontwikkeling van processen voor brandstofproductie hand in hand gaan met de ontwikkeling van processen voor productie van bulk- en fijnchemicaliën. Een belangrijk voordeel hierbij is dat, door gebruik van plantaardige grondstoffen, de netto uitstoot gereduceerd kan worden. Bovendien wordt (geopolitieke) afhankelijkheid van aardolie als grondstof voor de chemische industrie teruggedrongen. Het snel toenemend inzicht in de biochemie en genomics van bakkersgist en schimmels maakt het mogelijk om, door gerichte genetische modificatie, nieuwe biochemische routes voor productvorming in te bouwen. In de Sectie Industrïele Biotechnologie is, in samenwerking met Tate & Lyle (Decatur, USA) succesvol onderzoek verricht aan de productie van plastic-monomeren door genetisch gemodificeerde bakkersgist. Daarnaast wordt, in samenwerking met DSM, gewerkt aan de productie van complexe moleculen, zoals β-lactam antibiotica, door de schimmel Penicillium chrysogenum.