PRO-SUGAR

PRO-SUGAR: Pilzliche Produktionssysteme, die D-Galakturonsäure-reiche landwirtschaftliche Reststoffe nutzen

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	Im Rahmen der BMBF-Strategie BioÖkonomie 2030 verfolgt PRO-SUGAR das Ziel, mittels molekularbiologischer und genetischer Methoden neue industrielle Produktions- und Anwendungsmöglichkeiten für grüne Chemikalien aus landwirtschaftlichen und forstlichen Abfallströmen zu entwickeln.
	Im Fokus von PRO-SUGAR stehen dabei Abfälle, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind. Dafür eignen sich insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und im Zuge einer Biokonversion anschließend gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien – sogenannten Polyhydroxysäuren – umgewandelt werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert.
	An der Professur für Holz-Bioprozesse wird dabei insbesondere Strain-Engineering in Aspergillus niger betrieben, um eine effizientere enzymatische Depolymerisierung pektinreicher Biomasse zur industriellen Galakturonsäure-Bereitstellung zu realisieren. Neben gezieltem Transkriptionsfaktor-Engineering und selektiven Anpassungen im Galakturonsäure-Stoffwechsel werden dabei auch aktuelle Technologien wie CRISPR/Cas9 zur Genomeditierung eingesetzt. In Kooperation mit der Goethe-Universität Frankfurt am Main werden weiterhin Hefestämme zur Biotransformation der Galakturonsäure zu Polyhydroxysäuren entwickelt. Der Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik an der TU München entwickelt und betreut die verfahrenstechnische Umsetzung der Galakturonsäure-Gewinnung sowie deren Biotransformation.
Laufzeit	2017-2020
Bearbeitung	Kevin Schmitz (TUM, Holz-Bioprozesse), Dominik Schäfer (TUM, Bioverfahrenstechnik), Simon Harth (Goethe-Universität Frankfurt a.M., Physiologie und Genetik niederer Eukaryoten), Jacqueline Wagner (TUM, Bioverfahrenstechnik), Dr. Mislav Oreb, (Goethe-Universität Frankfurt a.M., Physiologie und Genetik niederer Eukaryoten), Prof. Dr.-Ing. Dirk Weuster-Botz (TUM, Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik), Prof. Dr. J. Philipp Benz (TUM, Professur Holz-Bioprozesse)
Finanzierung
Partner

Publikationen

Vidal ML, Wittenkamp T, Benz JP, Jekle M, Becker T (2023) A dynamic micro-scale dough foaming and baking analysis – Comparison of dough inflation based on different leavening agents. Food Research International 164, 112342. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.112342
Wagner J, Schäfer D, von den Eichen N, Haimerl C, Harth S, Oreb M, Benz JP, Weuster-Botz D, 2021. D-Galacturonic acid reduction by S. cerevisiae for L-galactonate production from extracted sugar beet press pulp hydrolysate. Applied Microbiology and Biotechnology 1-13. https://doi.org/10.1007/s00253-021-11433-5
Harth S, Wagner J, Sens T, Choe JY, Benz JP, Weuster-Botz D, Oreb M, 2020. Engineering cofactor supply and NADH-dependent D-galacturonic acid reductases for redox-balanced production of L-galactonate in Saccharomyces cerevisiae; Scientific Reports 10(1), 1-12. https://doi.org/10.1038/s41598-020-75926-5
Schäfer D, Schmitz K, Weuster-Botz D, Benz JP, 2020. Comparative evaluation of Aspergillus niger strains for endogenous pectin-depolymerization capacity and suitability for D-galacturonic acid production. Bioprocess & Biosystems Engineering, doi: 10.1007/s00449-020-02347-z. https://doi.org/10.1007/s00449-020-02347-z
Schmitz K, Protzko R, Zhang L, Benz JP, 2019. Spotlight on fungal pectin utilization-from phytopathogenicity to molecular recognition and industrial applications. Applied Microbiology and Biotechnology 103 (6), p. 2507–2524. doi: 10.1007/s00253-019-09622-4. https://doi.org/10.1007/s00253-019-09622-4