Verfahrensentwicklung zur mikrobiellen Herstellung von Erythrit

Bippes, Michael Tobias

In dieser Arbeit wird die fermentative Herstellung des Zuckeralkohols Erythrit mit einer osmophilen Hefe untersucht. Es wurden Informationen über das Herstellverfahren gesammelt, die fermentative Herstellung etabliert und ein industrieller Herstellweg vorgeschlagen. Mit Rücksicht auf die Situation der Zuckerindustrie wurden Substrate verwandt, die bei der Zuckerherstellung anfallen und auf ihre Eignung untersucht. Darauf hin wurde ein Verfahrensablauf vorgeschlagen und eine Ermittlung der Herstellkosten durchgeführt. Untersucht wurden Vor- und Nebenprodukte der Zuckerherstellung als Alternativsubstrate zu Saccharose. Keines dieser Substrate konnte eine ähnliche Leistung wie Saccharose erbringen. Der Einsatz von unterschiedlichen Cosubstraten aus der Landwirtschaft zeigte, dass ein spezieller Hefeextrakt (Merck) sowie Kartoffelrestfruchtwasser als Substrate in Frage kommen. Bei der Verwendung von Hefeextrakt (Merck) konnte eine Verbesserung des Prozesses durch den teilweisen Ersatz des Stickstoffes durch eine anorganische Stickstoffquelle erreicht werden. Um eine Aussage über eine Substrat-/Produkthemmung oder-limitierung treffen zu können wurden Untersuchungen hierzu durchgeführt. Aus den Versuchen wurde die maximal erreichbare Erythritkonzentration ermittelt. Eine Kultivierungsstrategie wurde erarbeitet und umgesetzt. Die Nebenprodukte Glycerin, Ethanol und Ribit wurden auf Hemmwirkung hin untersucht. Glycerin zeigt keinen hinderlichen Einfluss auf die Produktbildung. Ribit ist bereits in geringen Mengen hinderlich für die Produktbildung. Der anfängliche pH-Wert hat Einfluss auf die Produktbildung. Ein konstanter pH-Wert ist für die Produktbildung nicht nötig. Der Einfluss des Sauerstoffpartialdrucks (pO2) wurde untersucht. Zu viel pO2 führt zu reiner Biomassebildung, zu wenig pO2 zur Gärung. Es wurden ein Verfahrensschema und ein Berechnungsmodell geschaffen, mit denen die Herstellkosten unter Variation nahezu aller Parameter berechnet werden können.

The fermentative production of the sugaralcohol erythritol by using an osmophilic yeast is examined. Information of the production process was gatherd, the fermentative production established and an industrial production method is proposed. With respect to the particular situation of the sugar industry, substrates are used that occur as by- or waste products in the production of sugar were examined. On this basis, ab process was suggested and the manufacturing costs were determined. Precursors and byproducts of the sugar production were compared to sucrose as substrates. None of these products bore similar results as sucrose. The usage of different cosubstrate of agricultural origin showed one yeast extract (Merck) and potatoe nitrogen concentrate to be suited cosubstrates. Using yeast extract (Merck), a process improvement was achied by substituting organic throug inorganic nitrogen. The inhibitory or limiting effect of different substrate-product-concentrations was examined. The maximum achieveable erythritol concentration was determined. A cultivation strategy was suggested and tested. Byproducts as glycerol, ethnaol and ribitol were examined with regards to their inhibitory effect. Glycerol showed no inhibitory effect. Ribitol is already a low concentration inhibitory to erythritol formation. The initial pH-value has influence on product formation, but is not mandatory to be constan for product formation. The influence of dissolved oxygen was examined. To much dissolved oxygen leads to purely biomass, to less to byproduct formationn. Productio costs were calculated on the basis of a process scheme and a dynamic calculation model that allowed the vatiation of allmost all parameters.

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Bippes, Michael Tobias: Verfahrensentwicklung zur mikrobiellen Herstellung von Erythrit. 2007.

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