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Titelaufnahme

Titel
Production of PHB in a cell recycling fed-batch process using Cupriavidus necator / Lukas Burgstaller
VerfasserBurgstaller, Lukas
GutachterGübitz, Georg ; Neureiter, Markus ; Haas, Cornelia
ErschienenWien, 2016
Umfang56 Blätter : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftUniversität für Bodenkultur Wien, Univ., Masterarbeit, 2016
Anmerkung
Mit deutscher Zusammenfassung
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Polyhydroxybutyrat Polyhydroxyalkanoate PHB PHA P(3HB) Biokunststoff Cupriavidus necator Fermentation Cell-Recycling Hohlfasermembran
Schlagwörter (EN)polyhydroxybutyrate polyhydroxyalkanoates PHB PHA P(3HB) bioplastic Cupriavidus necator fermentation cell-recycling hollow fibre membrane
Schlagwörter (GND)Alcaligenes eutrophus / Polyhydroxybuttersäuren / Biokunststoff
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-20480 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Production of PHB in a cell recycling fed-batch process using Cupriavidus necator [2.48 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Um einen Biokunststoff wie z.B. Polyhydroxyalkanoat zu einem konkurrenzfähigen Preis produzieren zu können, ist man bestrebt, immer billigere Substrate in der Produktion einzusetzen. Diese Substrate weisen in der Regel allerdings eine eher geringe Konzentration der Kohlenstoffquelle auf, sodass sie kaum in einem konventionellen Fed-Batch Prozesse nutzbar sind. Aus diesem Grund gilt es neue Prozesse zu entwickeln, die diese Substrate verwerten können und gleichzeitig ähnlich hohe Produktivitäten und Zelldichten wie mit konventionellen Prozessen erreichen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde nun ein Prozess entwickelt, der dies mittels „Cell Recyclings“ erreicht. Zur Umsetzung dieses Prozesses im Labormaßstab wurden zwei verschiedene Biorekatorsysteme z.T. stark modifiziert und mit einer Hohlfasermembran zur Rückhaltung der Zellen ausgestattet. Nach experimenteller Bestimmung unterschiedlicher Prozessparameter und Fermentationsbedingungen wurde dieser Prozess in vier „Cell Recycling“ Fed-Batch Experimente getestet. Dies geschah unter Einsatz des Bakteriums Cupriavidus necator, einem natürlichen Produzenten von Polyhydroxybutyrat (PHB), dem bekanntesten Polyhydroxyalkanoat. Als Nährmedium kam ein Mineralmedium mit einer Glukosekonzentration von 50 g/L zum Einsatz. Bei diesen Experimenten konnten eine PHB Produktivität von bis zu 1.4 g/Lh und eine Zelldichte von 32.6 g/L erreicht werden. Darüber hinaus konnte in diesem Experiment in einem nur 24.3 Stunden dauernden Prozess ein sehr hoher PHB Anteil von 92 % in der getrockneten Biomasse erzielt werden. Diese Ergebnisse sind mit anderen publizierten Prozessen vergleichbar, die Daten deuten allerdings darauf hin, dass sowohl die Produktivität als auch die Ausbeute des Prozesses noch weiter gesteigert werden können, sofern der Prozess mit einer höheren Zelldichte geführt wird und man die Feed Strategie optimiert.

Zusammenfassung (Englisch)

For an economically feasible production of bioplastics such as polyhydroxyalkanoates there is an urge to use cheap substrates. Such substrates often contain only a low amount of carbon, making them impractical for the use in conventional fed-batch processes. Due to these facts, new methods have to be developed to utilize such media, while nevertheless reaching high cell densities and productivities. In this work, a novel process using Cupriavidus necator to produce polyhydroxybutyrate (PHB), the most prominent polyhydroxyalkanoate, is proposed. This process, employing cell recycling is furthermore implemented and tested at lab scale. In various experiments the influence of fermentation conditions and process parameters were studied using mineral media. Subsequently four cell recycling fed-batch fermentation experiments were done in two different modified bioreactor systems using media with a glucose concentration of 50 g/L and hollow fibre membranes. In one of those experiments a productivity of 1.4 g PHB per litre and hour could be reached while the cell dry weight reached 32.6 g/L in only 24.3 hours, and the PHB polymer made up 92% of the cell dry weight. These results are comparable to other published processes and the data further suggest that the productivities and the PHB yield of the process can even be increased by running the process at higher cell densities and further optimising the feed strategy.