Die Nutzung nachwachsender Rohstoffe für die Gewinnung von Chemikalien erfordert eine Abfolge von Prozessschritten: Eine Vorbehandlung oder Fraktionierung, die Hydrolyse der Polysaccharide und ihre fermentative Umsetzung zum gewünschten Produkt. Dieses muss anschließend noch aus der Fermentationsbrühe aufgearbeitet werden. Darüber hinaus können teilweise aus den Rohstoffen bereits wertvolle Komponenten aufgearbeitet werden.
Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Erstellung eines Konzeptes zur Nutzung von Grassilage, in dem alle diese Prozessschritte etabliert, optimiert und integriert werden. Im ersten Schritt wird eine Fest-Flüssig-Trennung durchgeführt. Aus dem dabei gewonnenen Presssaft wird dann die Milchsäure aufgearbeitet. Für den Presskuchen werden unterschiedliche Vorbehandlungsmethoden untersucht. Der vorbehandelte Presskuchen wird dann enzymatisch hydrolysiert und die Hydrolysate für die Produktion von Ethanol eingesetzt. Dabei wird versucht, die Prozessschritte Vorbehandlung, Hydrolyse und Fermentation in einen einzigen Prozessschritt zu integrieren. Auf Basis der experimentellen Daten werden die Hydrolyse sowie die Milchsäureaufarbeitung modelliert und eine Stoffstromsimulation erstellt.
Im zweiten Teil der Arbeit werden Buchenholzhydrolysate eingesetzt, um fermentativ die Dicarbonsäuren Itaconsäure und Bernsteinsäure herzustellen.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Biotechnisch erzeugte Itaconsäure ist ein wichtiger Versorgungsbaustein für die chemische Industrie und weist, aufgrund der chemischen Struktur, ein großes Anwendungsspektrum auf. Die ungesättigte Dicarbonsäure kann z. B. als biobasiertes Polymer in Harzen eingesetzt werden, die heutzutage größtenteils auf fossilen Rohstoffen basieren. Einerseits besteht die Herausforderung bei der Itaconsäureproduktion darin, im Fermentationsprozess kostengünstige nachwachsende Rohstoffe, wie Weizenkaffhydrolysat, einzusetzen. Andererseits muss der Itaconsäuretiter mit Aspergillus terreus und Glucose als Substrat gesteigert werden, da itaconsäurebasierende Produkte aufgrund des geringen industriell erzielten Titers immer noch Nischenprodukte sind. Diese Arbeit zeigt eine Prozessstrategie auf, Weizenkaff für die Itaconsäureproduktion mit dem empfindlichen filamentösen Pilz A. terreus zu verwenden. Zusätzlich werden Einflussfaktoren des Hydrolysats herausgearbeitet, die das Wachstum von A. terreus und die Produktion von Itaconsäure beeinflussen. Des Weiteren wurde bei der Fermentation mit Glucose durch eine Erhöhung des pH-Wertes in der Produktionsphase der Titer deutlich gesteigert. Diese Prozessoptimierung mit einem Wildtypstamm von A. terreus resultierte in einer Endkonzentration, die im Bereich der bekannten Citronensäureproduktion liegt.
Aktualisiert: 2021-04-16
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Biotechnisch erzeugte Itaconsäure ist ein wichtiger Versorgungsbaustein für die chemische Industrie und weist, aufgrund der chemischen Struktur, ein großes Anwendungsspektrum auf. Die ungesättigte Dicarbonsäure kann z. B. als biobasiertes Polymer in Harzen eingesetzt werden, die heutzutage größtenteils auf fossilen Rohstoffen basieren. Einerseits besteht die Herausforderung bei der Itaconsäureproduktion darin, im Fermentationsprozess kostengünstige nachwachsende Rohstoffe, wie Weizenkaffhydrolysat, einzusetzen. Andererseits muss der Itaconsäuretiter mit Aspergillus terreus und Glucose als Substrat gesteigert werden, da itaconsäurebasierende Produkte aufgrund des geringen industriell erzielten Titers immer noch Nischenprodukte sind. Diese Arbeit zeigt eine Prozessstrategie auf, Weizenkaff für die Itaconsäureproduktion mit dem empfindlichen filamentösen Pilz A. terreus zu verwenden. Zusätzlich werden Einflussfaktoren des Hydrolysats herausgearbeitet, die das Wachstum von A. terreus und die Produktion von Itaconsäure beeinflussen. Des Weiteren wurde bei der Fermentation mit Glucose durch eine Erhöhung des pH-Wertes in der Produktionsphase der Titer deutlich gesteigert. Diese Prozessoptimierung mit einem Wildtypstamm von A. terreus resultierte in einer Endkonzentration, die im Bereich der bekannten Citronensäureproduktion liegt.
Aktualisiert: 2019-09-11
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Durch die endlichen Reserven an fossilen Rohstoffen hat die Nutzung von erneuerbaren Energien in den letzten Jahren stark zugenommen. Dies trifft insbesondere auf den energetischen Sektor zu, bei dem z. B. Wind- und Solarkraftanlagen zum Einsatz kommen. Ein anderes Gebiet, das durch fossile Rohstoffe abgedeckt wird, ist die Produktion von Materialien und Chemikalien, die z. B. f¨ur die Produktion von Kunststoffen genutzt werden. Dieser Bereich kann durch die erneuerbaren Energien nicht abgedeckt werden.
Hierfür muss auf die stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe zurückgegriffen werden. Dies bedeutet, dass gewonnene pflanzliche Biomasse als Grundstock für die weitere Verwertung genutzt wird. Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen setzen bei ihrer Verbrennung nur so viel Kohlenstoffdioxid wieder frei, wie durch die Pflanzen gebunden wurde. Daher sind diese Stoffe weitgehend CO2-neural. Die genutzte Biomasse stammen aus der Land- und Forstwirtschaft. Besonders im biotechnologischen Bereich wird als Rohstoff bevorzugt reiner Zucker, wie Glucose und Saccharose, verwendet, da die verwendeten Mikroorganismen ihn direkt verwerten können. Die Nutzung landwirtschaftlicher Flächen für industrielle Zwecke steht allerdings in Konflikt mit der Lebensmittel- und Futtermittelproduktion. Daher gewinnt die Herstellung von Zuckern aus Reststoffen zunehmend an Bedeutung.
Aktualisiert: 2019-06-18
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Die Nutzung nachwachsender Rohstoffe für die Gewinnung von Chemikalien erfordert eine Abfolge von Prozessschritten: Eine Vorbehandlung oder Fraktionierung, die Hydrolyse der Polysaccharide und ihre fermentative Umsetzung zum gewünschten Produkt. Dieses muss anschließend noch aus der Fermentationsbrühe aufgearbeitet werden. Darüber hinaus können teilweise aus den Rohstoffen bereits wertvolle Komponenten aufgearbeitet werden.
Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Erstellung eines Konzeptes zur Nutzung von Grassilage, in dem alle diese Prozessschritte etabliert, optimiert und integriert werden. Im ersten Schritt wird eine Fest-Flüssig-Trennung durchgeführt. Aus dem dabei gewonnenen Presssaft wird dann die Milchsäure aufgearbeitet. Für den Presskuchen werden unterschiedliche Vorbehandlungsmethoden untersucht. Der vorbehandelte Presskuchen wird dann enzymatisch hydrolysiert und die Hydrolysate für die Produktion von Ethanol eingesetzt. Dabei wird versucht, die Prozessschritte Vorbehandlung, Hydrolyse und Fermentation in einen einzigen Prozessschritt zu integrieren. Auf Basis der experimentellen Daten werden die Hydrolyse sowie die Milchsäureaufarbeitung modelliert und eine Stoffstromsimulation erstellt.
Im zweiten Teil der Arbeit werden Buchenholzhydrolysate eingesetzt, um fermentativ die Dicarbonsäuren Itaconsäure und Bernsteinsäure herzustellen.
Aktualisiert: 2023-04-17
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