Industriële Biotechnologie, inclusief Intellectueel Eigendomsrecht en
Industriële Seminaries
Inhoud
INDUSTRIËLE BIOTECHNOLOGIE ................................................................................................... 2
Hoofdstuk 1: Secundaire Metabolieten ................................................................................................... 2
1. Industriële Biotechnologie ......................................................................................................... 2
2. Productie van Secundaire Metabolieten ..................................................................................... 3
Hoofdstuk 2: Industriële Enzymen ........................................................................................................ 32
1. Productie en Toepassing ........................................................................................................... 32
2. Toepassing in de (Agri-)Food Sector en Non-Food Sector ...................................................... 33
3. Toepassingen van Enzymen in Houtpulp/Papierbereiding ....................................................... 34
4. Toepassingen van Enzymen in Detergenten ............................................................................. 35
5. Toepassingen van Enzymen in de Textielsector ....................................................................... 35
6. Toepassing in de Industrie ........................................................................................................ 36
7. Productie en Toepassing in de Chemische Industrie ................................................................ 39
Hoofdstuk 3: Biokatalytische Industriële Processen ............................................................................. 41
1. Productie van Vitamine C......................................................................................................... 41
2. Productie van Vanilline ............................................................................................................ 43
3. Productie van Miglitol .............................................................................................................. 44
4. Productie van Vitamine B2....................................................................................................... 45
5. Productie van Acrylamide ........................................................................................................ 46
6. Nieuwe Processen voor Oude Monomeren .............................................................................. 46
Hoofdstuk 4: Productie van Bio-Energie............................................................................................... 52
1. Inleiding ................................................................................................................................... 52
2. Productie van Bioethanol uit Zetmeel – Eerste Generatie........................................................ 53
3. Productie van Bioethanol uit Biomassa - 2de generatie ............................................................ 54
4. Biobrandstoffen – Algen – 3de generatie................................................................................... 60
5. Productie van Biodiesel ............................................................................................................ 61
6. Biobrandstoffen - Biomassa/Syngas......................................................................................... 63
7. Productie van Biobutanol ......................................................................................................... 64
8. Productie van Andere Biobrandstoffen – Bioalkanen en biomethanol ..................................... 65
9. Productie van Andere Biobrandstoffen – Bio Jet Fuel ............................................................. 66
10. Productie van Andere Biobrandstoffen – Biowaterstofgas .................................................. 66
11. Productie van Bio-Elektriciteit............................................................................................. 69
1
,INDUSTRIËLE BIOTECHNOLOGIE
Hoofdstuk 1: Secundaire Metabolieten
1. Industriële Biotechnologie
De industrie is gebaseerd op petroleumproducten, wat we willen omvormen naar biogebaseerde
technologie met hernieuwbare grondstoffen die verwerkt worden o.b.v. fermentatie, katalyse,… Het doel
is dat uiteindelijk de biogebaseerde producten de petroleum gebaseerde producten vervangen.
De industriële biotechnologie maakt gebruikt van biomassa. Die wordt verwerkt in bioraffinaderijen.
Onder biomassa valt zowel gegroeide als waste biomassa. Hieruit kunnen producten zoals biofuels en
biomaterials worden gemaakt.
Bij verbranding van biofuels heb je nog steeds vorming van CO2 die vrijkomt in de atmosfeer en dus
een rol speelt in de koolfstofcyclus, maar de cyclus is hier korter in tijd en dus wel hernieuwbaar.
Antibiotica zijn het product met de grootste marktwaarde in biotechnologie, nl. meer dan de helft. Verder
nemen bioethanol en biogas ook een groot deel in. De laatste jaren is er vooral een groei te zien in
marktwaarde van biobrandstoffen en bioplastics.
Hier zijn de inputs van een bioreactor weergegeven en mogelijke processen en outputs:
2
,Bij biokatalyse is er kennis over enzymen, organismen, specificiteit en omzettingssnelheid nodig, dus
veel karakterisering vooraf. Daarna moet het geschikte enzym geoptimaliseerd worden.
Bij fermentatie wordt het meest geschikte micro-organisme gezocht bijvoorbeeld in cultuurcollecties.
Dit is best een micro-organisme dat een bepaalde omzetting heel efficiënt gaat doen (hoge
reactiesnelheid). Fermentatietechnologie (aeratie, roeren, temperatuursbehoud) heeft veel optimalisatie
nodig.
Elke techniek heeft zijn eigen uitdagingen, maar ze hebben hetzelfde doel: lage koolstof bio-gebaseerde
economie. Sectoren zijn voeding, gezondheid, energie en chemie.
De waardeketen voor bio-gebaseerde producten ziet er als volgt uit:
Alle producten uit de industriële biotech zijn duurder dan petroleum gebaseerde producten, bijvoorbeeld
door kosten van grondstoffen, kosten aan stabilisatie van MO, transportkosten, voorbehandeling
(fysisch, chemisch of enzymatisch), kosten van productscheiding en verdere opzuivering/kristallisatie.
2. Productie van Secundaire Metabolieten
2.1 Inleiding
Organismen kunnen secundaire metabolieten aanmaken, vaak beginnen ze die met een bepaalde reden
te maken (bijvoorbeeld omgevingsfactoren). Hieronder zijn allerlei secundaire metabolieten van de
citroenzuurcyclus schematisch weergegeven. Stel dat we eentje daarvan als eindproduct willen, moeten
we MO zoeken die die pathways hebben.
3
, [Deze pathways niet van buiten leren!!]
Definitie van secundaire metabolieten:
Secundaire metabolieten zijn niet vereist voor groei, maar geven meer kans om te overleven in de
omgeving (competitief voordeel), bv CPS (capsulaire polysachariden). Het zijn mengsels van
verbindingen met verschillende chemische structuren, geproduceerd door bepaalde taxonomische
groepen (stamspecificiteit!) en behorend tot een welbepaalde chemische familie.
Voorbeelden: Biopolymeren, antibiotica, alkaloïden, mycotoxines, gibberellines, pigmenten
→ Alkaloïden
= N-bevattende moleculen, afgeleid van aminozuren, geproduceerd door planten en micro-
organismen en doorgaans een mengsel van verschillende moleculen
Geneeskrachtig vs. Giftig: effect hangt sterk af van de dosering en het individu!
Amide-, peptide- en indol-alkaloïden (> 4100 stoffen)
Voorbeeld van indol-alkaloïden; lyserginezuur (lyserginezuur diethylamide, LSD),
hallucinogenen
Geneeskrachtige werking tegen: Uterocontractie, hypertensie, serotonine-gerelateerde
storingen, migraine-aanvallen, kan ook een pijnstiller zijn
Synthetische alkanoïden: codeïne, kinine (malaria), colchicine (jicht), morfine
→ Mycotoxines
= Natuurlijke toxines geproduceerd door schimmels
Ze worden niet verwijderd door temperatuursbehandeling
Aspergillus flavus (aflatoxine), Fusarium, Penicillium, ...
FAO: 25 % van de voedselproducten in de wereld bevatten mycotoxines
(landbouwproducten → voedselketen). Daarom is het nodig om snel te drogen en
geconditioneerde opslag
Aflatoxine, ochratoxine, trichotheceen, zearalenon, fumonisine, patuline,
cycopiazonzuur
→ Gibberellines
= Groep van plantenhormonen, betrokken bij de algemene groei (beschikbaar maken van
voedselreserves in zaden, toename stengellengte, kieming, bloei en ontwikkeling pollen)
>136 moleculen gekend
Diterpenoïden, 4 isopreeneenheden, tetracyclisch skelet
4
Industriële Seminaries
Inhoud
INDUSTRIËLE BIOTECHNOLOGIE ................................................................................................... 2
Hoofdstuk 1: Secundaire Metabolieten ................................................................................................... 2
1. Industriële Biotechnologie ......................................................................................................... 2
2. Productie van Secundaire Metabolieten ..................................................................................... 3
Hoofdstuk 2: Industriële Enzymen ........................................................................................................ 32
1. Productie en Toepassing ........................................................................................................... 32
2. Toepassing in de (Agri-)Food Sector en Non-Food Sector ...................................................... 33
3. Toepassingen van Enzymen in Houtpulp/Papierbereiding ....................................................... 34
4. Toepassingen van Enzymen in Detergenten ............................................................................. 35
5. Toepassingen van Enzymen in de Textielsector ....................................................................... 35
6. Toepassing in de Industrie ........................................................................................................ 36
7. Productie en Toepassing in de Chemische Industrie ................................................................ 39
Hoofdstuk 3: Biokatalytische Industriële Processen ............................................................................. 41
1. Productie van Vitamine C......................................................................................................... 41
2. Productie van Vanilline ............................................................................................................ 43
3. Productie van Miglitol .............................................................................................................. 44
4. Productie van Vitamine B2....................................................................................................... 45
5. Productie van Acrylamide ........................................................................................................ 46
6. Nieuwe Processen voor Oude Monomeren .............................................................................. 46
Hoofdstuk 4: Productie van Bio-Energie............................................................................................... 52
1. Inleiding ................................................................................................................................... 52
2. Productie van Bioethanol uit Zetmeel – Eerste Generatie........................................................ 53
3. Productie van Bioethanol uit Biomassa - 2de generatie ............................................................ 54
4. Biobrandstoffen – Algen – 3de generatie................................................................................... 60
5. Productie van Biodiesel ............................................................................................................ 61
6. Biobrandstoffen - Biomassa/Syngas......................................................................................... 63
7. Productie van Biobutanol ......................................................................................................... 64
8. Productie van Andere Biobrandstoffen – Bioalkanen en biomethanol ..................................... 65
9. Productie van Andere Biobrandstoffen – Bio Jet Fuel ............................................................. 66
10. Productie van Andere Biobrandstoffen – Biowaterstofgas .................................................. 66
11. Productie van Bio-Elektriciteit............................................................................................. 69
1
,INDUSTRIËLE BIOTECHNOLOGIE
Hoofdstuk 1: Secundaire Metabolieten
1. Industriële Biotechnologie
De industrie is gebaseerd op petroleumproducten, wat we willen omvormen naar biogebaseerde
technologie met hernieuwbare grondstoffen die verwerkt worden o.b.v. fermentatie, katalyse,… Het doel
is dat uiteindelijk de biogebaseerde producten de petroleum gebaseerde producten vervangen.
De industriële biotechnologie maakt gebruikt van biomassa. Die wordt verwerkt in bioraffinaderijen.
Onder biomassa valt zowel gegroeide als waste biomassa. Hieruit kunnen producten zoals biofuels en
biomaterials worden gemaakt.
Bij verbranding van biofuels heb je nog steeds vorming van CO2 die vrijkomt in de atmosfeer en dus
een rol speelt in de koolfstofcyclus, maar de cyclus is hier korter in tijd en dus wel hernieuwbaar.
Antibiotica zijn het product met de grootste marktwaarde in biotechnologie, nl. meer dan de helft. Verder
nemen bioethanol en biogas ook een groot deel in. De laatste jaren is er vooral een groei te zien in
marktwaarde van biobrandstoffen en bioplastics.
Hier zijn de inputs van een bioreactor weergegeven en mogelijke processen en outputs:
2
,Bij biokatalyse is er kennis over enzymen, organismen, specificiteit en omzettingssnelheid nodig, dus
veel karakterisering vooraf. Daarna moet het geschikte enzym geoptimaliseerd worden.
Bij fermentatie wordt het meest geschikte micro-organisme gezocht bijvoorbeeld in cultuurcollecties.
Dit is best een micro-organisme dat een bepaalde omzetting heel efficiënt gaat doen (hoge
reactiesnelheid). Fermentatietechnologie (aeratie, roeren, temperatuursbehoud) heeft veel optimalisatie
nodig.
Elke techniek heeft zijn eigen uitdagingen, maar ze hebben hetzelfde doel: lage koolstof bio-gebaseerde
economie. Sectoren zijn voeding, gezondheid, energie en chemie.
De waardeketen voor bio-gebaseerde producten ziet er als volgt uit:
Alle producten uit de industriële biotech zijn duurder dan petroleum gebaseerde producten, bijvoorbeeld
door kosten van grondstoffen, kosten aan stabilisatie van MO, transportkosten, voorbehandeling
(fysisch, chemisch of enzymatisch), kosten van productscheiding en verdere opzuivering/kristallisatie.
2. Productie van Secundaire Metabolieten
2.1 Inleiding
Organismen kunnen secundaire metabolieten aanmaken, vaak beginnen ze die met een bepaalde reden
te maken (bijvoorbeeld omgevingsfactoren). Hieronder zijn allerlei secundaire metabolieten van de
citroenzuurcyclus schematisch weergegeven. Stel dat we eentje daarvan als eindproduct willen, moeten
we MO zoeken die die pathways hebben.
3
, [Deze pathways niet van buiten leren!!]
Definitie van secundaire metabolieten:
Secundaire metabolieten zijn niet vereist voor groei, maar geven meer kans om te overleven in de
omgeving (competitief voordeel), bv CPS (capsulaire polysachariden). Het zijn mengsels van
verbindingen met verschillende chemische structuren, geproduceerd door bepaalde taxonomische
groepen (stamspecificiteit!) en behorend tot een welbepaalde chemische familie.
Voorbeelden: Biopolymeren, antibiotica, alkaloïden, mycotoxines, gibberellines, pigmenten
→ Alkaloïden
= N-bevattende moleculen, afgeleid van aminozuren, geproduceerd door planten en micro-
organismen en doorgaans een mengsel van verschillende moleculen
Geneeskrachtig vs. Giftig: effect hangt sterk af van de dosering en het individu!
Amide-, peptide- en indol-alkaloïden (> 4100 stoffen)
Voorbeeld van indol-alkaloïden; lyserginezuur (lyserginezuur diethylamide, LSD),
hallucinogenen
Geneeskrachtige werking tegen: Uterocontractie, hypertensie, serotonine-gerelateerde
storingen, migraine-aanvallen, kan ook een pijnstiller zijn
Synthetische alkanoïden: codeïne, kinine (malaria), colchicine (jicht), morfine
→ Mycotoxines
= Natuurlijke toxines geproduceerd door schimmels
Ze worden niet verwijderd door temperatuursbehandeling
Aspergillus flavus (aflatoxine), Fusarium, Penicillium, ...
FAO: 25 % van de voedselproducten in de wereld bevatten mycotoxines
(landbouwproducten → voedselketen). Daarom is het nodig om snel te drogen en
geconditioneerde opslag
Aflatoxine, ochratoxine, trichotheceen, zearalenon, fumonisine, patuline,
cycopiazonzuur
→ Gibberellines
= Groep van plantenhormonen, betrokken bij de algemene groei (beschikbaar maken van
voedselreserves in zaden, toename stengellengte, kieming, bloei en ontwikkeling pollen)
>136 moleculen gekend
Diterpenoïden, 4 isopreeneenheden, tetracyclisch skelet
4
