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Die ganzheitliche stoffliche Verwertung von Biertreber in Bioraffinerieprozessen mit dem Ziel der Itaconsäureproduktion, bietet eine alternative Nutzungsmöglichkeit für diesen industriellen Nebenproduktstrom. Dabei stellt Itaconsäure ein nachhaltiges Substitut für beispielsweise erdölbasierte Acrylsäure dar. Das Ziel der vorliegenden Arbeit liegt in der Entwicklung und Etablierung geeigneter mechanischer, hydrothermaler und enzymatischer Vorbehandlungsmethoden, um zuckerreiche Hydrolysate zu Fermentationszwecken bereitzustellen. Die Optimierung der Einflussgrößen auf die hydrothermale Vorbehandlung erfolgte im Rahmen einer statistischen Versuchsplanung. Dadurch wurden mittels der kombinierten Vorbehandlung, bestehend aus mechanischem Abpressen und anschließender Organosolv Behandlung, im enzymatischen Schritt Ausbeuten von bis zu 66 % (Glucose) und 70 % (Xylose) erzielt. Zur anschließenden fermentativen Herstellung von Itaconsäure wurde ein Produktionsprozess mit dem Organismus Ustilago maydis und den zuckerreichen Biertreberhydrolysaten als Fermentationsmedium etabliert. Dabei konnten Ausbeutesteigerungen von bis zu 52 %, verglichen mit einer Referenz in Standardmedium, erzielt werden. Unter Verwendung von biertreberbasierten Fermentationsmedien wurde bei der Herstellung von bis zu 9,4 g/L Itaconsäure die bereitgestellte Menge an Kohlenhydraten als produktbildungslimitierender Faktor identifiziert. Des Weiteren konnte durch Variation der Prozessführung unter anderem die Option der simultanen Verzuckerung und Fermentation von hydrothermal vorbehandeltem Biertreber mit U. maydis erfolgreich demonstriert werden. Abschließend erfolgte die Evaluation des gesamten entwickelten Bioraffinerieprozesses anhand einer Stoffstromsimulation. Dabei zeigte sich, dass neben der Erhöhung der Ausbeuten noch weitere Optimierungen durchgeführt werden müssen, um ein wirtschaftlich tragfähiges Verfahren zu entwickeln.
Ein Bioraffineriekonzept für (Bier-)Treber wird vorgeschlagen, bei dem im Gegensatz zu bestehenden Konzepten wasserlösliche Komponenten durch Pressen abgetrennt und als Grundlage für eine Milchsäurefermentation mit Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis verwendet werden. Die verbleibenden strukturellen Kohlenhydrate des Treberrückstandes werden durch hydrothermale und enzymatische Vorbehandlung in fermentierbare Zucker überführt. Es entstehen deutlich weniger Nebenprodukte, die das Wachstum von Mikroorganismen inhibieren können, als bei der Nutzung von nicht abgepresstem Treber.
Within a biorefinery platform several conversion steps such as pretreatment, saccharification, fermentation and downstream processing are necessary to obtain the final bio-based product(s) from lignocellulosic biomass. The structural composition of the biomass, especially the lignin content, determines the necessary pretreatment steps. To obtain sugar monomers, the hydrolysis of lignocellulosic biomass is an essential step. This work examines the impact of different pretreatments on the sugar release during biocatalysis. Even without prior pretreatment the biocatalysis of low lignin biomass achieves glucose yields of up to 93 %, while the biocatalysis of high lignin biomass requires an upstream hydrothermal procedure to achieve a glucose yield of 74