Levan

Levan

Levan ist ein Fructan, welches ein Biopolymer aus Fruktose-Molekülen mit einer endständigen Glucose-Einheit darstellt. Innerhalb des mit öffentlichen Mitteln geförderten Forschungsvorhabens war die Aufgabe der GMBU e.V., ein technisches Verfahren zur Präparation von Levan unter Einsatz einer mit gentechnischen Methoden erzeugten Levan-Sucrase zu entwickeln und zu optimieren, wobei eine möglichst hohe Molmasse erzeugt werden sollte.

Das Fruktosepolymer Levan ist ein teilweise verzweigtes längerkettiges Polymer, welches enzymatisch aus Saccharose gewonnen werden kann. Es hat vorteilhafte Eigenschaften, die es als Einsatzstoff in Medizin, Kosmetik, Nahrungsmittelindustrie und als Feinchemikalie prädestinieren, z.B. feuchtigkeitsspendende, gelbildende und probiotische Effekte sowie eine niedrige Viskosität. Im Gegensatz zu vergleichbaren Stoffen wie Dextran, Amylose oder Inulin hat Levan bisher einen breiten Marktzugang noch nicht erreicht. Das Ziel des Vorhabens war eine Machbarkeitsprüfung zur Technologie der Levansynthese, um das Produkt für einen attraktiven Preis herzustellen und am Markt platzieren zu können.

Die Methode beinhaltete eine enzymatisch katalysierte Synthese auf Basis von gelöster Saccharose unter definierten Prozessbedingungen. Das Enzym Levansucrase wird aus Fermentationslösungen mit recombinanten Bacillus megaterium gewonnen und als Lösung für die Synthese eingesetzt. Im Batchprozess kann Levan nach klassischem Rührkesselprinzip unter gekühlten Bedingungen bis zu einer Ausbeute von 25 % und Molmassen von 5-6 kDa innerhalb weniger Stunden gewonnen werden. Das Produkt wird mit Ethanol im Überschuss präzipitiert und anschließend getrocknet. Als Nebenprodukt entsteht eine Glucose-Fruktose-Restlösung. Mit cross flow-Filtrationsmodulen ist es möglich den Prozess zu optimieren und die Produktmolmasse auf bis zu 30 kDa zu erhöhen, indem inhibierende Komponenten, Nebenprodukte und Verunreinigungen abgetrennt werden.

Im Ergebnis des Projektes konnten 3 unterschiedliche Levan-Produkte mit verschiedenen Technologien erarbeitet werden: hochreines kristallines Levanpulver, festes Levan-Bulkmaterial und flüssiges Levankonzentrat. Mit einer Kombination aus Batchsynthese und Membrantrenntechnik konnte der Aufwand von Ethanol als Fällmittel um etwa 60% reduziert werden. Mit der Produktion von Musterchargen im kg-Bereich konnten die Verfahren reproduziert werden. Die Reinheit des Produktes ist hoch und stellt pharmazeutische und kosmetische Anwendungen in Aussicht.

Projektpartner:

  • Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
  • INNOVENT e.V.
  • artefactum gmbh

Laufzeit: 01.06.2017 – 31.05.2019

Förderträger: Projektträger Jülich