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Entwicklung von Fermentationsstrategien zur stofflichen Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen

  • Biertreber stellt einen wichtigen Vertreter eines nachwachsenden Rohstoffes dar, da es sich dabei um ein niedrigpreisiges Nebenprodukt des Brauprozesses handelt, welches jedes Jahr in großen Mengen anfällt. In der vorliegenden Arbeit wurde Biertreber aus sieben verschiedenen Braurezepten, sowohl aus eigener Herstellung als auch industriellen Ursprungs, analysiert und in Bezug auf die zugrundeliegenden Braugänge klassifiziert. Darüber hinaus wurde der Treber durch Pressen in zwei separate Stoffströme aufgeteilt: eine flüssige und eine feste Fraktion. Für beide Fraktionen wurden Bioprozesse etabliert, um einerseits das flüssige Substrat (Treberpresssaft) mit einem Milchsäurebakterium (Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis) zu Milchsäure und andererseits das feste Substrat (Treberrückstand) mit einem lignocellulolytischen und gemischtsäuregärung-betreibenden Stamm (Cellulomonas uda) zu Ethanol und Essigsäure umzusetzen. Außerdem wurde ein kinetisches Modell aufgestellt, welches u.a. die Milchsäurebildung und das Zellwachstum von L. delbrueckii subsp. lactis für drei Treberpresssäfte unterschiedlicher Braurezepturen, d.h. mit unterschiedlicher Nährstoffausstattung, in einer simultanen Verzuckerung und Fermentation vorhersagen konnte. Des Weiteren konnten die entwickelten Fermentationsstrategien zur Verwertung des Treberpresssaftes und Treberrückstandes sowie die zugrundeliegenden Prozessüberwachungs- und Regelungsstrategien auf Fermentationen mit den gleichen Organismen aber dem Substrat Wiesenschnitt – also einen weiteren nachwachsenden Rohstoff – übertragen werden.
  • Brewers’ spent grain (BSG) is an important renewable resource, as it is a low value by product of the brewing process, which is produced in large quantities every year. In the present work, BSG of seven different brewing recipes, both self made and industrially produced, was analyzed, and classified in terms of the related brewing processes. Furthermore, BSG was separated into two streams by pressing: a liquid and a solid fraction. For both fractions, bioprocesses were established to convert the liquid substrate (BSG liquor) into lactate with a lactic acid bacterium (Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis) and the solid substrate (BSG residue) into ethanol and acetate with a lignocellulolytic and mixed acid fermenting strain (Cellulomonas uda). A kinetic model was established, that could (amongst others) predict lactate formation and cell growth of L. delbrueckii subsp. lactis for three BSG liquors of different origin, in other words with different nutrient equipment, in a simultaneous saccharification and fermentation. Moreover, the developed fermentation strategies for the utilization of the BSG liquor and BSG residue, as well as the underlying process monitoring and optimization strategies, were transferred to fermentations with the same organisms but the substrate gras – another representative of a renewable resource.
Metadaten
Author:Alexander Akermann
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-67074
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6707
Advisor:Roland Ulber
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2022/01/05
Year of Publication:2022
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2021/12/13
Date of the Publication (Server):2022/01/07
Number of page:XXVI, 157, A-O
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)