Just in Time: glucose delivery
Projectwerk van studenten Dorien Staes, Stijn Goris, Jonas Mariën, Tara Daerden, Roeland Bernaers (Master Industriële Wetenschappen Biochemie, KHLim).
Het project in de master industriële wetenschappen biochemie onderzoekt het opkweken van algen en loopt in samenwerking met Epsilon Biotech, een innovatief bedrijf van dhr. E. Bosmans. Het is uiteindelijk de bedoeling om algen (Chlorella) te kweken en te manipuleren voor commerciële doeleinden.
De beschikbare algenstam is strikt fototroof, doch facultatief auto/organotroof. Hierdoor kunnen afvalstromen zoals aardappelschillen (zetmeel) aanvullend gebruikt worden als organische koolstofbron. Het zetmeel uit de aardappelschillen moet echter nog afgebroken worden tot glucose of maltose, vermits deze monomeren geprefereerd worden door de algen (zie project 1).
Figuur 1: Opkweken van Chlorella algen op labschaal |
Het doel van voorliggend project bestaat erin om de algen van een constante voeding te voorzien door enzymatische afbraak van aardappelzetmeel tot glucose/maltose. De snelheid van de afbraak van zetmeel komt liefst zo goed mogelijk overeen met de snelheid van opname van glucose/maltose door de algen zodat de concentratie ervan laag gehouden kan worden via ‘just in time delivery’. Overwoekering (indien aseptisch werken niet haalbaar blijkt op industriële schaal) van de algen door andere micro-organismen wordt zo wellicht vermeden of geminimaliseerd.
Voor de zetmeelafbraak maken we gebruik van combinaties van enzymen of van commercieel beschikbare enzymmengsels. Wij meten de zetmeelhydrolyse door spectrofotometrische bepaling van de vrijgezette reducerende suikers na een kleurreactie (zie figuur 2). De vrijzetting van maltose of glucose wordt via HPLC of via enzymatische testen gevolgd.
Figuur 2: kleurreactie ter bepaling van reducerende suikers na enzymatische zetmeelhydrolyse |
Het onderzoek gaat uit van een mengsel van enzymen dat met een welbepaalde snelheid reducerende suikers oplevert uitgaande van aardappelzetmeel. Om de afbraak te optimaliseren, kan de samenstelling van het enzymmengsel of de temperatuur aangepast worden.
Verschillende verhoudingen van mengsels Amigase ® MEGA’, DSM, NL (amyloglucosidase) en α-amylase (Sigma, Chem. Co, USA) zijn getest.
Conclusie is dat er een optimale verhouding kan gekozen kan worden.
Om te kunnen optimaliseren via temperatuursverhoging is ook de stabiliteit van de individuele enzymen in het mengsel belangrijk: indien immers een welbepaald enzym sneller denatureert dan een ander moet dit extra toegevoegd kunnen worden. Om de stabiliteit van de individuele enzymen te kunnen bepalen, is het nodig dat ze in het mengsel apart gedetecteerd en gekwantificeerd kunnen worden. In ons onderzoek werd een onderscheid gemaakt op basis van de gebruikte substraten (amylose, amylopectine, glycogeen, maltose of Zulkowsky zetmeel) en/of de gevormde eindproducten (dextrines, maltose of glucose). Op basis van de stabiliteitstesten kan uiteindelijk een temperatuursprogramma uitgewerkt worden om in batch zo snel mogelijk glucose te krijgen met zo weinig mogelijk enzym. In continue productie is het nodig de temperatuur aan te passen aan het minst stabiele enzym uit het mengsel ofwel moet dit enzym herhaaldelijk toegevoegd worden.
Begeleidende docenten: ir. M. Meyers en ing. L. Pauls