Biotechnische Herstellung von 1,3-Propandiol aus Glycerin mit immobilisierten Zellen von Clostridium butyricum NRRL B-1024 und thermophilen Mikroorganismen

Wittlich, Peter

Vor dem Hintergrund des steigenden Interesses an 1,3-Propandiol (PD) wurde die biotechnische Herstellung des Diols mit immobilisierten Zellen von Clostridium butyricum NRRL B-1024 und mit thermophilen Mikroorganismen untersucht. Die Immobilisierung der Clostridien sollte der Verfahrensvereinfachung und Rentabilitätssteigerung des Prozesses durch geringe Sterilitätsanforderungen, eine höhere Produktivität und einfachere Handhabung der Biomasse dienen. Durch Einsatz einer neuen Immobilisierungstechnik auf Basis von Polyvinylalkohol (PVA) Hydrogelen konnten die strikt anaeroben Clostridien auch unter aeroben Bedingungen mit hoher Überlebensrate immobilisiert werden. Der immobilisierte Biokatalysator wurde in Schüttelkolben- und Fermentationsexperimenten charakterisiert. In kontinuierlicher Fermentation wurde mit über 30 g PD je L und h die höchsten bislang publizierte Produktivität erzielt. Der Fermentationsprozess erwies sich als sehr robust. Trotz verschiedener Störungen konnte die kontinuierliche Kultivierung über mehr als 10 Wochen unter unsterilen Bedingungen betrieben werden. In einem ausgedehnten Screening von mehr als 120 Proben wurden thermophile PD-Bildner angereichert sowie anschließend isoliert und charakterisiert. Der leistungsfähigste Stamm wurde zusätzlich in freier und immobilisierter Form in batch-Fermentationen untersucht.

Against a background of rising interest in 1,3-propanediol (PD) the biotechnical production of this diol with immobilised cells of Clostridium butyricum NRRL B-1024 and with thermophilic microorganisms was investigated. The immobilisation was done to facilitate the process and raise efficiency by lowering requirements for sterility, by gaining higher productivity and by simplifying the handling of biomass. By use of a novel entrapment method on basis of polyvinyl alcohol (PVA) hydrogels the strictly anaerobic clostridia could be immobilised even under aerobic condition at high survival rates. The immobilised biocatalyst was characterised in shaker flask and fermentation experiments. In continuous fermentation with more than 30 g PD per L and h the highest productivities published yet were reached. The fermentation process was very robust. Despite various malfunctions, the continuous cultivation was continued for more than 10 weeks under non sterile conditions. In an extensive screening with more than 120 samples thermophilic PD forming microorganisms were enriched and subsequently isolated and characterised. The best strain in addition was fermented in batch-mode either suspended or as immobilised biocatalyst.

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Wittlich, Peter: Biotechnische Herstellung von 1,3-Propandiol aus Glycerin mit immobilisierten Zellen von Clostridium butyricum NRRL B-1024 und thermophilen Mikroorganismen. 2001.

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