Platzhalter Titelbild Machen wir’s möglich! Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Dr. Ralf Kelle 4. Dezember 2013
Platzhalter Titelbild
Machen wir’s möglich!Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung
Dr. Ralf Kelle4. Dezember 2013
BevölkerungswachstumEine wachsende Bevölkerung hat einen steigenden Bedarf an Fleisch, Eiern, Milch und Fisch
Nachhaltige Ernährung Langfristig verfügbare und bezahlbare gesunde Ernährung mit ausreichend tierischem Protein
Klima
Bevölkerung
Wasser
Biodiversität
Ressourceneffiziente Fütterung Limitierte natürliche Ressourcen müssen möglichst effizient genutzt werden
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 2
Aminosäuren sind “essenziell” ! Stabile Trends treiben Bedarf
Nahrung
Start-up 2014Lysin Produktion in Castro
Start-up 2012Ausbau Midwest Lysin Start-up 2015
Lysin JV in Wolgodonsk
Start-up 2013Agroferm Erweiterung
2013-2015
Fermas Technology &Launch Plattform
2011-2014Ausbau Biotech F&E
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 3
Investitionsprojekte Biotech imGeschäftsbereich Health & Nutrition
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 4
Vom Produktionsorganismus zum Herstellungsprozess
T, pH, Scherbeanspruchung, P/V
pO2 LuftstromKonzentration von S, P, Mg, Na, K, Fe, Zn, Co, etc.
Qualität des Wassers und anderer Rohstoffe
Nebenprodukt-konzentration
Produktkonzentration
Osmotischer Druck
Zuführung einer C-Quelle, einer N-Quelle und einer Base/Säure
Löslichkeit und Oxidation von Salzen und Vitaminen
EinflussgrößenProduktbildung
Nebenproduktbildung
Organismenwachstum
Produktform
Prozesseffizienz
Kristallisierung
Viskosität
Schaumbildung
Prozessergebnis
Trocknung Eindampfung
Sprühgranulation
Biolys®
Fermentation
Mutterlauge• Rest-Lysin-HCl• Zersetzungsprodukte • Verunreinigungen aus
der Rohstoffquelle
Zellabtrennung
Ionenaustausch
Eindampfung
Fermentation
Trockenes L-Lysin-HCl
Kristallisation
Trocknung
Abwasser
Ammonium-sulfat
TrockeneBiomasse
FlüssigeL-Lysin-Base Abwasser
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 5
Biolys® Herstellung im Vergleich zum Standardverfahren
Bakterien + C-Quelle + Ammoniak + Schwefelsäure + Nährstoffe für Bakterien + Wasser!
Fructose
Glucose-6-P Fructose-6-P Fructose-1,6-BisP
Fructose-1-PDihydroxyaceton-P
Glycerinaldehyd-3-P
Glycerat-1,3-BisP3-P-Glycerat2-P-GlyceratP-Enolpyruvat
-P
-P-P-P
-P
-P
-P
= O
-P
= O
-P
-P= O
-P= O
Pentosephosphatweg
Phosphotransferase-system (PTS)
glk
ptsIptsHptsM
pgipfkApfk
fdatpi
gap
pgkgpmeno
ppsA
zwf2 devB gnd rpe tal
tkt rpi prsA rbsK pgmA
Pyruvat
= OHOO-
-OOH
AcetylCoA
CitratOxalacetat
AspartatAspartatsemialdehyd
meso-Diaminopimelat
Lysin
Lysin
Homoserin
Threonin
-CoA-CoA
NH3-
-NH3
-OOH
aceElpdlpdA
gltA
acn
icdsucAB
sucCD
fum
mdhmqo
asd lysChom
thrB
dapDdapCdapEdapF
dapAdapB
ddh
lysA
lysIlysG lysE
aceAaceBmez
ppcpck
pyc
Glucose
pykß-Alanin
2-Ketobutyrat
Acetohydroxy-butyrat
Aceto-lactat
Dihydroxymethyl-valerat
Dihydroxy-isovalerat
Isoleucin Valin
Ketomethyl-valerat
Ketoiso-valerat
Pantothenat
panD
coaApanBC
Acetat
poxB
Nicotinat-Biosynthese
Zellwand-Synthese
murE
nadACE
Methionin- S -
metFmetHmetE
metX
ilvBN
ilvC
ilvA
ilvD
ilvE
metBaecD metY
fruK
= O
= O
HOO--OOH-OOH-OOHHOO-
HOO-
-OOH
-OOH
-OOH
= O
-OOH
N
-OOH
= O
-OOH
-OOH
-OOH -OOH
-NH3
NH3 NH3
-NH3
-NH3 sdhABC
ptsIptsHptsF
Lysin
Isoleucin
Isoleucin
Methionine
Valin
Panthotenat
Glutaminsäure
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 6
• Biosynthetische Pfade verstärken
• Nebenreaktionen verlangsamen
• Feedback-Hemmung vermeiden
• Vorproduktbereitstellung und Nebenreaktionen ausbalancieren
• Nettoexports in das Medium steigern
Die Kunst der gezielten Stoffwechseloptimierung
E. coli und C. glutamicum
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 7
Wie lassen sich Geschwindigkeit und Effizienz optimieren?
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 8
Gutes Bakterienwachstum beeinträchtigt die Effizienz
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 9
Minimiertes Wachstum geht auf Kosten der Prozessgeschwindigkeit
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 10
Erweiterte Biotech-Kompetenz treibt Produktivitätsfortschritt
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1980 1990 2000 2010 2020
Fortschritt Midwest Lysine2009-2013
Etablierung Biotech F&E
BiolysProduktion Fermas1992-2001
BiolysProduktion MWL2000-2008
Mutation und SelektionStoffwechsel-Engineering und gezielte Mutation
Funktionelle GenomikSystembiologie
Technologieentwicklung industrielle Fermentation= f (Ausbeute, Produktkonzentration, Produktivität)
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 11
• Kontinuierliche Verbesserung der Herstellkosten und Prozesseffizienz
• Kontinuierliche Ver-besserung des Lysin-Gehalts bei gleich-bleibendem Mehrwert durch andere Inhalts-stoffe von Biolys®
• Kontinuierliche Verbesserung der Produkteigenschaf-ten für den Einsatz in der Futterherstellung
Erweiterte Biotech-Kompetenz treibt Produktivitätsfortschritt
Verpackungen
AbwasserbehandlungTransportThermische Energie
Elektrizität
Rohstoffe
Prozessemissionen
Kohlenstoffquelle
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 12
Effizienzsteigerung des Biolys®Herstellprozesses 2002-2020
Klimaerwärmungspotenzial [kg CO2e/kg]
-0,55 -0,51 -0,44-0,01 -0,01 -0,01
0,41 0,36 0,360,01 0,01 0,01
0,470,35 0,34
1,13
0,93 0,84
0,38
0,35 0,34
0,78
0,730,62
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
2002 2008 2020
4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Effiziente Biotechnologie für effiziente Tierernährung Seite 14
Evonik arbeitet an Lösungen, die über Aminosäuren hinausgehen
Diagnostik zur Vorbeugung von Krankheiten und Reduktion von Interventionen (z.B. Antibiotika) in der Tierernährung
Probiotika mit einem wissenschaftlich nachgewiesenen Effekt und mess-barerem Vorteil bei Einsatz in der Tierernährung
Por
tfolio
entw
ickl
ung
Komplexität der Technologie
Sekundärmetabolite
Essentielle Fettsäuren für die Aquakultur
L-Valin
L-ThreoninL-Lysin
L-Tryptophan
L-Isoleucin