Bioprosess- og enzymteknologi

1.amanuensis Knut Olav Strætkvern .

I framstilling av produkter fra mikroorganismer, celler, vev og planter brukes en rekke skånsomme prosesstrinn som skal ta vare på strukturen og funksjonen hos verdifulle biomolekyler. I bioteknologi betyr det virksomme proteiner av ulike slag. Bioprosessteknologi (BPT) tar gode produktideer over til industriell realitet. Studenter knyttes gjerne til forskningsprosjekter i BPT gjennom sine prosjektoppgaver. Flere verdifulle bidrag har kommet gjennom slike studentarbeider.

Relevante kurs: 5BT200 Bioprosessteknologi (høst) og 5BT210 Industriell bioteknologi (vår).

Metoder:

1. Fermentering av mikroorganismer.

2. Isolering av biomolekyler og proteiner, basert på selektiv separasjon (adsorbsjon, membraner)

3. Bruk av enzymer i bearbeiding av biomasse (f.eks. bioetanol).

4. Oppskalering og simulering av industrielle bioprosesser.

Ved Høgskolen i Hedmark arbeider vi særlig med de sider av BPT som går på å isolere og separere verdifulle proteiner. Vi har studert utvinning av potetproteiner for bruk i næringsmidler, såkalte industrielle proteiner. For effektiv isolering av industrielle proteiner brukes kromatografi og membranfiltrering. Optimalisering foregår i små enheter og volumer (10-100ml), for deretter å prøves ut i pilotskala 1-10 liter. Fermentering er dyrking av mikroorganismer under kontrollerte betingelser. Fermentering bruker vi både til oppformering av cellemasse for proteinopprensing, og for å studere bakterieøkologi i kontinuerlige dyrkinger.

Prosjekter:
Kromatografi for storskala utvinning av potetproteiner. Potet inneholder lite protein (2%) sammenlignet med stivelse, men de er til gjengjeld næringsrike og svært virksomme. Det kan derfor vise seg lønnsomt å ta ut proteinene fra avfallet og oppgradere dem til verdifulle produkter for næringsmidler og helsepreparater. Kromatografi brukes både i pakkede kolonner og som ekspansjonskromatografi (EBA). Laboratoriet har bred erfaring i bruk av EBA med tunge absorbenter til å behandle potetvann fra stivelsesproduksjon. Kolonnene er fra 10 ml opp til 50 liter og metoden har vist å gi meget god kvalitet av proteiner. Utfordringen med kromatografi i stor skala er å lage robuste prosesser som kan ta ut store mengder protein (kg) med enklest mulig teknologi, og som samtidig kan skille vekk uønskede stoffer. Prosjektet vil utvikle metoder for å forbedre produktivitet av protein både i pakkede kolonner og i EBA.

Membranteknologi i proteinseparasjon. Filtrering handler om å skille stoffer i to væskefaser ved hjelp av en permeabel membran eller filterduk. I BPT er tverrstrømsfiltrering (TFF eller crossflow filtration) en mye nyttet teknikk for å skille små og store stoffer fra hverandre fra store volumer. Sammenlignet med kromatografi er TFF en teknikk med høy volumkapasitet, men med begrensinger på å skille stoffer som er nær hverandre i størrelse. Med utgangspunkt i potetvann ser vi på ulike strategier for å oppnå gode proteinkvaliteter og verdifulle fraksjoner basert på membranfiltrering. Vi bruker TFF-systemer med membranarealer fra 50 cm2 til 1000 cm2.

Begge prosjektområdene drives i nært samarbeid med HOFF Norske potetindustrier ( www.hoff.no ) som del av et pågående produktutviklingsarbeid.
Øvrige samarbeidspartnere: University of Wageningen, NL, v/ Prof. H. Gruppen
Centre for Food Science & Technology, Univ. of Maryland Eastern Shore, MD, v/ Dr. J. G Schwarz

Celluloseomsettende enzymer i elg. Elgens vinterføde er i hovedsak kvist av løvtrær og toppskudd av furu, altså biomasse med et høyt innhold av lignocellulose. For at disse store dyrene raskt skal få tak i nødvendig energi fra slik mager kost, behøves et effektivt enzymapparat. Enzymer i elgens fordøyelse må frisette store mengder metaboliserbare sukkerarter fra cellulose. Vi er i gang med å finne slike enzymer i vominnhold fra trafikkdrept elg. Enzymene påvises både fra vomsaft og fra isolerte mikroorgansimer. Målet med arbeidet er å identifisere enzymer både på protein og DNA-nivå som kan vise seg kommersielt nyttige for å lage sukker fra cellulose. Sukkeret er igjen råstoff for en raskt voksende fermenteringsindustri for å lage miljøvennlig og bærekraftig drivstoff, nemlig bioetanol. Forskningsarbeidet foregår i nært samarbeid med bioteknologiselskapet TransHerba AS og professor Vidar Bakken, Universitetet i Bergen.

Øvrige fokusområder: Plantepolyfenoler i interaksjon med protein. Fermentering i kontinuerlig mono- og mixed kulturer (melkesyrebakterier, tarmflora-modeller). Immobilisert etanolreaktor. Isolering og karakterisering av Cry-protein fra genmodifisert mais.