Environmental Engineering Reference
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Substrat sehr groß ist. Die Preise für solche Enzyme sind innerhalb weniger Jahre von 30 €/kg
auf 3 €/kg gefallen [14].
Pflanzliche Reststoffe oder auch Reststoffe aus der Lebensmittelherstellung und der Landwirt-
schaft haben somit Potential sowohl für die stoffliche als auch für die energetische Nutzung.
Allerdings sind insbesondere logistische Randbedingungen für die ökonomische und ökologi-
sche Bewertung zu beachten, d. h. der Transport der Substrate über größere Strecken ist mög-
licherweise ökobilanziell so nachteilig, dass der stoffliche Vorteil überkompensiert wird (siehe
auch Bild 43). Hochintegrierte, dezentrale Lösungen an einem Ort sind daher eher vorteilhaft
(siehe Bild 27).
Fermentationen von Milchsäure in industriellem Maßstab benötigen eine Impfkultur größeren
Umfangs [2]. Dazu wird in einem Wachstumsfermenter - ggf. unter anderen Nährstoffbedin-
gungen als im Produktionsfermenter - eine Impfkultur herangezogen. Die Fermentationen
werden üblicherweise als Batch-Verfahren mit einer Dauer von 3-6 Tagen mit Ausbeuten von
2 g Milchsäure pro Liter Fermenterbrühe und Stunde bei Zuckerkonzentrationen von 5-10 %
durchgeführt [4]. Auch kontinuierliche Verfahren sind möglich, führen aber zu niedrigeren
Milchsäurekonzentrationen [15]. Um eine Versäuerung des Fermenters durch die gebildete
Milchsäure und damit das Absterben oder die Hemmung der Mikroorganismen zu verhindern,
werden während der Fermentation Calciumhydroxid, Calciumcarbonat, Natriumhydroxid oder
Ammoniumhydroxid zugegeben. Die Milchsäure wird dann als Natrium-, Calcium- oder Am-
moniumlactat gewonnen und nach der Beendigung der Fermentation und Filtration durch Zu-
gabe von Phosphorsäure oder Schwefelsäure wieder freigesetzt. Hierbei entstehen bei Verwen-
dung von Schwefelsäure bis zu einer Tonne Calciumsulfat (Gips) pro Tonne Polymilchsäure
[14]. Neue Entwicklungen zielen darauf ab, durch Verwendung von gentechnisch modifizierten
Arten bei neutralem pH oder sehr niedrigem pH fermentieren zu können [2], [4]. Dies bietet
den Vorteil, dass die Schritte Neutralisation und Ansäuerung samt der dazu benötigten Stoffe
und das Nebenprodukt Gips entfallen, was die Kosten des Prozesses und damit des Endproduk-
tes senkt. Weitere Varianten haben das Ziel, die Nebenprodukt-Bildung zu umgehen. Hierzu
werden Extraktionsverfahren untersucht, die mit Lösungsmitteln arbeiten, die Milchsäure sehr
gut lösen, allerdings schlecht in Wasser löslich sind. Weiterhin werden Neutralisationsverfah-
ren mit wiederverwendbaren Neutralisationsmitteln wie Ammoniak untersucht, die die Bildung
von Ammoniumlactat nutzen [4].
Nach der Entfernung der Biomasse und der Feststoffe wird rohe Milchsäure erhalten, die dann
gereinigt werden muss. Hierzu können vielfältige Methoden wie Chromatographie, Membran-
filtration, Elektrodialyse und Ionenaustausch zum Einsatz kommen [2], [4], [6], [14]. Für An-
wendungen in der Pharmazie, die hochreiner Milchsäure bedarf, kann sie zu Alkylestern umge-
setzt werden und nach einer Destillation wieder hydrolysiert werden [4], [14].
Milchsäure-Derivate wie Milchsäure-Methylester wurden auch aus Zuckern über katalytische
Synthesen mittels Lewis-Säure-Zeolithen hergestellt. Bei diesem Prozess wurden Konversions-
raten von mehr als 99 % erreicht und Ausbeuten an Methyllactat von 64 % erzielt [16].
Struktur / Eigenschaften
Milchsäure ist eine biogene Hydroxysäure (siehe Bild 240) und ist damit zur Esterbildung
(siehe Bild 190) durch Reaktion mit sich selbst befähigt. Sie verfügt über ein chirales Kohlen-
stoffatom und kommt damit in zwei Stereoisomeren, D- und L-Milchsäure, vor.
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