Industrie en milieu - Toepassingen
Inhoudsopgave
Micro-organismen worden ingezet om tal van producten te maken. Denk aan voedingsstoffen, medicijnen, kunststoffen en brandstoffen. Soms zijn deze micro-organismen genetisch gemodificeerd, vaak ook niet. In een aantal gevallen produceren de micro-organismen de uiteindelijke stof waar het om gaat (bijvoorbeeld ethanol), maar het kan ook zijn dat ze een onderdeel of ingrediënt (biochemicaliën) maken voor een bepaald product of productieproces.
Fermentatie en biokatalyse
Bij industriële biotechnologie wordt veel gebruik gemaakt van productieprocessen als fermentatie (het gebruik van micro-organismen om basisgrondstoffen zoals suikers om te zetten) of biokatalyse (het gebruik van enzymen om een industriële reactie te versnellen).
Biochemicaliën zijn stoffen die worden geproduceerd door middel van bioprocessen. Over het algemeen zijn dit stoffen die op een relatief kleine schaal worden geproduceerd, zoals geneesmiddelen en geur- en smaakstoffen. Biomaterialen zijn veelal kunststoffen vervaardigd uit plantaardig of microbieel materiaal, in tegenstelling tot plastics gemaakt uit aardolie. Biobrandstoffen zijn brandstoffen als ethanol en waterstof, gewonnen uit planten en/of fermentatie van micro-organismen.
- Een schematische weergave van de toepassing van organismen voor de productie van biochemicaliën, biomaterialen en biobrandstoffen.
Enzymen
Enzymen spelen tegenwoordig een zeer belangrijke rol in veel takken van het bedrijfsleven. Het zijn eiwitten met een actieve werking en kunnen een chemische reactie versnellen (katalysator). Ze zitten soms in het eindproduct, zoals in wasmiddelen waar ze vetten, vezels en eiwitten afbreken, maar de meeste enzymen belanden echter niet in een actieve vorm in het eindproduct. Ze spelen een rol in het productieproces. Denk hierbij aan enzymen in bakpoeder die het brood gelijkmatiger doen rijzen of enzymen die vetzuren meer verzadigd of juist meer onverzadigd maken.
Ook enzymen (zie inzet) die vet en vuil afbreken in wasmiddelen worden geproduceerd m.b.v. biotechnologie
Een overzicht van zowel genetisch als niet genetisch gemodificeerde organismen die worden ingezet voor de productie van enzymen, is te vinden op de volgende (Engelstalig) site van AMFEP. AMFEP is een Europese vereniging van producenten van enzymen.
Wat is er zoal op de markt?
Biochemicaliën
Met behulp van enzymen of cellen afkomstig van micro-organismen kunnen biochemicaliën worden geproduceerd. Onder biochemicaliën vallen onder andere voedselingrediënten, farmaceutische producten en fijne chemicaliën.
Een voorbeeld hiervan is kaas. Kaas werd vroeger bereid met stremsel uit de maag van pasgeboren kalveren. De actieve component van stremsel is het enzym chymosine. Door genetische modificatie van micro-organismen kan dit enzym nu ook door bacteriën of schimmels worden geproduceerd.
Een ander voorbeeld is de productie van vitamine B2. Vroeger werd B2 met behulp van complexe chemische reacties bereid, waarbij acht verschillende stappen betrokken waren. Door productie met niet-genetisch gemodificeerde micro-organismen hoeft nog maar één stap uitgevoerd te worden. Zo wordt vitamine B2 geproduceerd met behulp van een fermentatieproces met een schimmel. Omdat er nu veel minder stappen nodig zijn, wordt er heel veel tijd en geld bespaard.
In Nederland is DSM het grootste bedrijf dat zich bezig houdt met biochemicaliën. Ze ontwikkelen onder andere enzymen voor de productie van brood en alcohol. Daarnaast houden ze zich bezig met de productie van farmaceutische middelen en fijne chemicaliën.
- Bioplastic schroeven en pinnen in de chirurgie
Biomaterialen
Naast biochemicaliën kunnen ook biomaterialen met behulp van industriële biotechnologie worden geproduceerd. Biomaterialen zijn onder andere kunststoffen, zoals plastics.
Traditioneel worden kunststoffen uit fossiele grondstoffen, zoals olie, geproduceerd. Tegenwoordig kunnen micro-organismen de grondstof voor plastic leveren. Een voorbeeld is de productie van polymelkzuur voor kunstbotten of kunstmatige bloedvaten. Polymelkzuur is een bioplastic op basis van natuurlijk melkzuur. Met behulp van fermentatieprocessen door micro-organismen kunnen basiscomponenten voor deze bioplastics worden geproduceerd.
Biobrandstoffen
Er wordt veel onderzoek gedaan naar biobrandstoffen. Dit zijn brandstoffen die de traditionele fossiele brandstoffen kunnen vervangen en de uitstoot van CO2 door auto's en fabrieken verlagen.
De concentratie CO2 in onze atmosfeer neemt toe. Dit komt voornamelijk door verbanding van fossiele brandstoffen, zoals aardgas en olie. Een alternatieve brandstof is waterstof. Bij de verbranding van waterstof komt echter geen CO2 vrij. Hierdoor is waterstof een goed alternatief voor fossiele brandstoffen, vooral wanneer het uit afval kan worden gewonnen. Met behulp van bacteriën kan men biologische materialen zetten in waterstof en daar kan dan weer een auto op rijden.
Een andere alternatieve brandstof is ethanol (alcohol). Ethanol is wereldwijd een van de meest geproduceerde biobrandstoffen. Bio-ethanol wordt gewonnen uit gewassen met veel suiker of zetmeel: suikerriet, maïs, tarwe en suikerbiet. Met behulp van enzymen kunnen deze zetmeelhoudende producten worden omgezet naar suikers. Deze suikers kunnen vervolgens worden gefermenteerd tot ethanol. Na nog wat verwerkingsstappen kan uiteindelijk het ethanol als brandstof worden gebuikt.
Het Europese bedrijf Biox is een grote producent van biobrandstoffen in Nederland. Ze maken onder andere biodiesel en andere groene energie.
De redactie is benieuwd naar jouw mening over dit artikel. Klik hier om te reageren.