Artikel over de onderzoeksresultaten van het promotieonderzoek van Gerrit Bouwhuis, onderzoeker bij het lectoraat Smart Functional Materials van Saxion. Er is veel researchinspanning geleverd voor de ontwikkeling van nieuwe en minder milieubelastende textielbehandelingprocessen op laboratoriumschaal. Deze onderzoeken hebben vaak geleid tot goede resultaten. Tot heden zijn echter nauwelijks nieuwe processen geïmplementeerd in de industrie. De reden van de geringe implementatie van nieuwe processen heeft twee oorzaken. Enerzijds de druk op het management om vooral aandacht te hebben voor stakeholders en daarmee minder aandacht te geven aan procesontwikkeling en anderzijds geldt als oorzaak geperkte kennis over de fysische en chemische aspecten van de textielveredeling. De beperkte kennis leidt vaak tot onvoorspelbaarheid van het effect van proceswijzigingen en veroorzaakt daarmee bij –vooral- het middenmanagement een aarzelende houding ten aanzien van procesveranderingen. Reeds bij de start van het onderzoek is er voor gekozen om bij de belanghebbenden te streven naar optimale participatie in het onderzoek. Op deze wijze wordt niet alleen de basis gelegd voor een goede samenwerking met de industrie en met de andere onderzoekpartners, maar wordt tevens de aarzelende houding van beslissers in de textielindustrie ten aanzien van innovatieve processen getransformeerd naar een gezamenlijk doel, namelijk in onderhavige studie de reductie van de voorbehandelingkosten. Ter voorbereiding op de industriële implementatie van het nieuwe proces is op labschaal vastgesteld welke procescondities en doekeigenschappen haalbaar zijn in vergelijking met de benchmark. Het labonderzoek heeft geleid tot een procesvoorstel voor de voorbehandeling van katoen met (bio)katalysatoren op industriële schaal. Dit onderzoek is uitgevoerd bij Satta e Bottelli in Italië. Het resultaat van de industriële experimenten is vastgesteld in termen van doekkwaliteit en in termen van kostenreductie. Kostenreductie wordt verondersteld de driver te zijn voor industriële implementatie onder de voorwaarde dat de kwaliteit van het behandelde doek goed is. De besparingscalculatie van het nieuwe proces leert dat substantiële besparingen worden gerealiseerd op het gebied van water- en energieverbruik en reductie van de vuillast en daarmee de kosten van het afvalwater. Dit artikel is geschreven voor en opgenomen in het Jaarboek Textiel 2011.
MULTIFILE
Dietary fibers are at the forefront of nutritional research because they positively contribute to human health. Much of our processed foods contain, however, only small quantities of dietary fiber, because their addition often negatively affects the taste, texture, and mouth feel. There is thus an urge for novel types of dietary fibers that do not cause unwanted sensory effects when applied as ingredient, while still positively contributing to the health of consumers. Here, we report the generation and characterization of a novel type of soluble dietary fiber with prebiotic properties, derived from starch via enzymatic modification,yielding isomalto/malto-polysaccharides (IMMPs), which consist of linear (α1 → 6)-glucan chains attached to the nonreducing ends of starch fragments. The applied Lactobacillus reuteri 121 GTFB 4,6-α-lucanotransferase enzyme synthesizes these molecules by transferring the nonreducing glucose moiety of an (α1 → 4)-glucan chain to the nonreducing end of another (α1 → 4)-α-glucan chain, forming an (α1 → 6)-glycosidic linkage. Once elongated in this way, the molecule becomes a better acceptor substrate and is then further elongated with (α1 → 6)-linked glucose residues in a linear way. Comparison of 30 starches, maltodextrins, and α-glucans of various botanical sources, demonstrated that substrates with long and linear (α1 → 4)- glucan chains deliver products with the highest percentage of (α1 → 6) linkages, up to 92%. In vitro experiments, serving as model of the digestive power of the gastrointestinal tract, revealed that the IMMPs, or more precisely the IMMP fraction rich in (α1 → 6) linkages, will largely pass the small intestine undigested and therefore end up in the large intestine. IMMPs are a novel type of dietary fiber that may have health promoting activity.
De katalytische omzetting van chemische stoffen uit hernieuwbare bronnen, zoals vetzuren uit plantaardige oliën, is een belangrijke stap naar een meer duurzame chemische industrie. Oliezuur (cis-9-octadeceenzuur) is een van de meest voorkomende vetzuren uit olijfolie en andere plantaardige oliën. Het bevat een C=C dubbele binding die specifiek gehydrateerd kan worden tot 10-hydroxystearinezuur door het enzym Oleaat hydratase. Dit product is een ‘oleochemical’ dat wordt gebruik in de cosmetica en polymeer industrie. Het enzymatische proces vind in een waterige omgeving plaats en er worden geen afvalstoffen geproduceerd. De uitdaging is dat oliezuur en hydroxystearinezuur slecht oplosbaar zijn in water, en het enzym is niet stabiel in organische oplosmiddelen. Deze schijnbaar onoverbrugbare tegenstelling kan opgelost worden door het enzym te immobiliseren op een vaste drager en deze nieuwe katalysator te gebruiken in een twee-fasen flow proces. Het twee-fasen systeem bestaat uit een waterige fase die voor optimale activiteit van het enzym zorgt, en een organische fase die zorgt voor optimale opbrengst van het product. Het continue flow-proces heeft een hogere ‘space-time yield’ en werkt onder veiligere en meer duurzame condities (energieverbruik) dan een vergelijkbaar ‘batch’ proces. Hierdoor is hergebruik van het enzym mogelijk en kan het product makkelijker verkregen worden uit het proces. Het einddoel van het project is om een efficiënt en duurzaam continue proces te ontwikkelen voor de omzetting van oliezuur naar 10-hydroxystearinezuur. Hiermee ontstaat een industrieel proces dat uit hernieuwbare biobased grondstoffen een belangrijke stof voor de cosmetica en polymeerindustrie kan maken met optimaal hergebruik van de katalysator en minimale productie van afvalstoffen. Dit zal de basis vormen van een nieuw, schaalbaar en duurzaam chemisch proces.
In de faculteit ‘Science en Engineering’ van de Rijksuniversiteit Groningen is kennis ontwikkeld op het gebied van verduurzaming en vergroening in de chemie. De ambitie is om toe te werken naar de transitie van synthetische chemische processen naar biobased chemische processen. Een expertisegebied betreft de inzet van biotechnologische enzymconversies als alternatief voor klassieke (fossiele) chemische omzettingen. De vakgroep ‘Product and Processes for Biotechnology’ heeft expertise op het gebied van de opschaling van enzymatische conversies. Het MKB-bedrijf CarbExplore Research B.V. werkt aan procesontwikkeling van enzymatische glucosylering. De methode kan worden toegepast bij de (duurzame) productie van ingrediënten (w.o. zoetstoffen en surfactanten) die nodig zijn voor zogenaamde Home & Personal care producten van de toekomst. Bij de opschaling van de technologie, ontstaan innovatievragen. Inzet van het praktijkgerichte onderzoek tussen de RUG en CarbExplore is het vinden van een efficiënte enzymatische opschalingsroute voor deze groene grondstoffen. In de relatie met CarbExplore wordt gewerkt aan de conversie van een Stevia zoetstof. In het vervolg kan de universiteit deze enzymatische opschalingsmethode toepassen in andere bioconversies, andere producten, en bij andere bedrijven. Zowel voor de universiteit, als voor het bedrijf CarbExplore, wordt een economisch potentieel gecreëerd. De uiteindelijke visie en einddoel is het toewerken naar een vergroening van de chemie door middel van enzymatische conversies.
