Biotechnische Herstellung von Itaconsäure aus nachwachsenden Rohstoffen mit immobilisierten Zellen

Welter, Kirsten

Nachwachsende Rohstoffe können als alternative Rohstoffquellen für die chemische Indu-strie dienen. Beispiel für die Bioconversion nachwachsender Rohstoffe ist die Herstellung von Itaconsäure. Die Verwendung von Itaconsäure gewinnt zunehmend an Bedeutung. Auf-grund der hohen Kosten wird Itaconsäure jedoch nur in begrenzten Mengen für Spezialitäten verwendet. Im Moment findet die Itaconsäure bei der Herstellung von Farben und Lacken, als Verdicckungsmittel für Fette, für Pharmazeutika, als Herbizid und als biologisch abbaubares Polymer in der Verpackungsindusrie Verwendung. Die Gewinnung der Itaconsäure erfolgt durch aerobe, submerse Kultivierung der Pilzarten Aspergillus terreus und Aspergillus itaco-nicus auf kohlenhydrathaltigen Medien. Die Arbeit beinhaltet das Stamm- und das Substrat-screnning für eine maximale Itaconsäureproduktion. Weiterhin wird eine Mediumsoptimierung beschreiben. Unter nicht-sterilen Bedingungen konnten die Zellen in immobilisierter Form optimal verwendet werden. Sieben verschiedene Stämme wurden im Rahmen dieser Arbeit auf Ausbeute und Itaconsäu-reproduktion getestet. Der Stamm Aspergillus terreus NRRL 1963 zeigte die höchsten Pro-duktivitäten. Alle folgenden Arbeiten wurden mit diesem Stamm ausgeführt. Mit diesem Stamm lieferte Saccharose das beste Verhältnis zwischen Itaconsäureproduktion und Preis. Die Itaconsäureproduktion erfolgt wachstumsentkoppelt. Im ersten Schritt erfolgt das Bio-massewachstum, im zweiten Schritt erfolgt die Produktion der Itaconsäure. Dabei wird die höchste Produktivität durch Limitierung essentieller Mediumsbestandteile wie Phosphat und Stickstoff erreicht. Bei einer Batch-Fermentation mit freien Zellen des Aspergillus terreus NRRL 1963 mit Glucose konnten Itaconsäurekonzentrationen von 59 g/L erreicht werden. Es kommt jedoch zu erheblichen Problemen beim Umgang mit dem filamentösen Pilz. Die Im-mobilisierung der Mikroorganismen ist deshalb zentraler Bestandteil bei der Erarbeitung eines wirtschaftlich renta

Renewable resources from agriculture are alternative sources for basic components for the chemical industry. Example for the bioconversion of renewable resources production of itaconic acid. The application of itaconic acid increases in importance, because withe ist two carbonacid groups and ist double bond it is a multi-purpose bulding block. However, due to high production costs itaconic acid so far is used in limited quantities and for special products only. At the moment itaconic acid is used in paints and varnishings, in detergens as comple-xing agents, for pharmaceutical products, in herbizids, and as a biodegradable component for polymers for the packaging industries. Itaconic acid is produced by submerse growing aerobic fungi of the species Aspergillus terreus and Aspergillus itaconicus on. Current works include the screening for suitable strains and low-cost substrates to maximize productivity. Furthermore the optimization of media. To allow non-sterile processes the cells have to be used in immobilized form. Seven different strains were testet for their ability to produce itaconic acid from glucose. Strain Aspergillus terreus NRRL 1963 showed the highest productivity. All following expe-riments were carried out with this strain. The production of itaconic acid in relation to the cost of the media was tested for the selected strain with different carbon sources. Sucrose yielded the best relationship between itaconic acid production and the price. The production of itaconic acid occurred uncoupled to cell growth. After sufficient biomass is produced in a first step, the production of itaconic acid follows in a second step. Thereby high productivities can be achieved by limiting essential media compounds like phosphate or ni-trogen. Batch fermentations with free mycelium of Aspergillus terreus NRRL 1963 on gluco-se led to high itaconic acid concentration up to 59 g/L, but lead to problems with biofilm for-ming, sher stress and biomass separation. To

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Welter, Kirsten: Biotechnische Herstellung von Itaconsäure aus nachwachsenden Rohstoffen mit immobilisierten Zellen. 2000.

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