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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

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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

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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

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• 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

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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

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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)

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• 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

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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

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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