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Titelaufnahme

Titel
Bacterial production of polyhydroxy-alkanoates (PHAs) from chicory roots / Valentin Steinwandter
VerfasserSteinwandter, Valentin
GutachterGübitz, Georg ; Neureuter, Markus ; Haas, Cornelia
Erschienen2014
UmfangXI, 98 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Masterarb., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)PHA PHB P(3HB) Polyhydroxyalkanoate Polyhydroxybutyrat Biopolymer Biokunststoff Chicorée Cichorium intybus Hydrolysate nachwachsende Rohstoffe biologisch abbaubar
Schlagwörter (EN)PHA PHB P(3HB) polyhydroxyalkanoates polyhydroxybutyrate biopolymer bioplastic chicory Cichorium intybus hydrolysate renewable resources biodegradable
Schlagwörter (GND)Chicorée / Wurzel / Hydrolysat / Ralstonia / Polyhydroxyfettsäuren / Prozessoptimierung
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-13819 Persistent Identifier (URN)
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Bacterial production of polyhydroxy-alkanoates (PHAs) from chicory roots [8.41 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Polyhydroxyalkanoate (PHAs) sind biologisch abbaubare Polymere, deren Produktion auf erneuerbaren Ressourcen basiert. Aus diesem Grund stellen sie eine interessante Zukunftsalternative zu konventionellen Kunststoffen aus Erdöl dar. Angesichts hoher Produktionskosten werden PHAs derzeit allerdings nicht im großen Maßstab hergestellt. Da ein großer Teil dieser Kosten auf das Konto von Rohmaterialien geht, wird mittlerweile versucht diese durch Abfallstoffe zu ersetzen. In dieser Masterarbeit wurde ein biotechnologischer Prozess, basierend auf einem Chicorée-Wurzeln-Hydrolysat, untersucht und optimiert. Das Fruktan Inulin wurde aus den Wurzeln extrahiert und enzymatisch zu Fructose und Glucose hydrolysiert. Dieses Hydrolysat wurde anschließend als Substrat für die biotechnologische Produktion von P(3HB) durch Cupriavidus necator genutzt, wobei drei verschiedene Stämme des Bakteriums zum Einsatz kamen (DSM 428, 531 und 545). Durch die Änderung der Vorkulturbedingungen und die Supplementation von Stickstoff konnte die Produktivität von C. necator DSM 428 um mehr als eine Größenordnung erhöht werden. Der Zusatz von Harnstoff, Ammoniumsulfat, Soja-Pepton und Casein-Pepton als Stickstoffquelle wurde untersucht. Die besten Ergebnisse wurden durch den Zusatz von Soja-Pepton erzielt, wobei eine Verzwanzigfachung der Produktivität auf 0.27 g/L/h erreicht wurde. In einem direkten Vergleich, und ohne Stickstoff-Supplementation, erzielten DSM 428, 531 und 545 Produktivitäten von 0.07, 0.01 bzw. 0.20 g/L/h. DSM 545, der vielversprechendste Stamm, produzierte innerhalb von zwei Tagen 11.1 g/L P(3HB) und eine Zelltrockenmasse von 14.2 g/L, was einem PHA-Anteil von 78 % entspricht. Durch die Detoxifizierung des Substrates mittels Behandlung durch Aktivkohle oder Laccase konnte keine weitere Steigerung der Produktivität erreicht werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Chicorée-Wurzeln einen vielversprechenden Rohstoff für die bakterielle Produktion von PHAs darstellen.

Zusammenfassung (Englisch)

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biobased and biodegradable polymers, and represent an interesting alternative to petroleum based conventional plastics in the future. While their thermoplasticity and the big variety of usable monomers lead to extremely versatile materials, their biggest drawback are still the high production costs. As the raw materials were determined as some of the biggest cost factors, cheap waste products are investigated for the usage as fermentation substrate. In this master's thesis, a fermentation process for P(3HB), based on a chicory root hydrolysate, was investigated and optimized. The fructan inulin was extracted from chopped and dried chicory roots and enzymatically hydrolysed to fructose and glucose. This hydrolysate was used as fermentation substrate for the biotechnological production of P(3HB) using three different strains of Cupriavidus necator (DSM 428, 531, and 545). By changing the pre-culturing conditions and supplementing nitrogen, the volumetric productivity of C. necator DSM 428 could be increased by more than an order of magnitude. Urea, ammonium sulfate, soy peptone, and casein peptone were tested as nitrogen sources. Soy peptone gave the best results, leading to a twentyfold increase of the volumetric productivity to 0.27 g/L/h. In a direct comparison without any nutrient supplementation, DSM 428, 531, and 545 showed productivities of 0.07, 0.01, and 0.20 g/L/h, respectively. Within two days of fermentation, the most promising strain (DSM 545) produced 11.1 g/L P(3HB) and a cell dry weight of 14.2 g/L, corresponding to a PHA content in dry weight of 78 %. The detoxification of the fermentation substrate using charcoal or laccase did not further improve the fermentation performance, which indicates that a detoxification of the chicory root hydrolysate is not required. To sum up, it can be said that chicory roots are a promising raw material for the production of PHAs through bacterial fermentation.