Itaconsäureherstellung aus nachwachsenden Rohstoffen als Ersatz für petrochemisch hergestellte Acrylsäure

Kuenz, Anja

Itaconsäure, eine aus nachwachsenden Rohstoffen biotechnisch herstellbare organische Säure, zeigt ähnliche Eigenschaften wie die petrochemisch hergestellte Acrylsäure. Im Vergleich zur Acrylsäure ist die Itaconsäure jedoch nicht gesundheitsschädlich und zeigt in der Anwendung aufgrund ihrer besonderen Struktur diverse Vorteile. Mit der aus nachwachsenden Rohstoffen umweltfreundlich hergestellten Itaconsäure kann die aus Erdöl hergestellte Acrylsäure ersetzt werden. In dieser Arbeit wird Itaconsäure mit dem filamentös wachsenden Pilz Aspergillus terreus in einem Submersverfahren in verschiedenen Reaktorformen von 300 ml bis 10 l hergestellt. Der Pilz liegt in Form von lockeren, ausgefransten Agglomeraten mit einem Durchmesser von ungefähr 0,1 mm mit langen einzelnen Myzelfäden vor. Die Itaconsäureherstellung mittels eines Eigenisolates des Aspergillus terreus wird in diesem Dokument beschrieben und optimiert. Mit diesem Stamm wird erstmals ein reproduzierbarer Prozess mit gesteigerter Produktivität vorgestellt. Die Endkonzentration der Itaconsäure konnte unter reproduzierbaren Bedingungen auf 90 g/l gesteigert werden, bei einer gleichzeitigen Verkürzung der Kultivierungsdauer auf 7 Tage. Das Wachstum, der Einfluss von Sauerstoff sowie die Produkt- und Nebenproduktbildung wurden untersucht. Weiterhin wurde die mikrobiologische Verwertbarkeit preiswerter, nachwachsender Rohstoffe erforscht. Der Pilz ist in der Lage, Xylose und Glycerin als alleinige Kohlenstoffquelle zu verwerten. Die vielfältigen Anwendungs- und Nutzungsmöglichkeiten der Itaconsäure erfordern eine ökonomische effektive Aufarbeitungsmethode. In dieser Arbeit wurden Vorversuche der Aufarbeitungsmethoden Elektrodialyse, Flüssig-Flüssig Extraktion sowie Kristallisation durchgeführt.

Itaconic acid is an organic acid producible in a biotechnological process using renewable resources. Itaconic acid shows similar properties like the petrochemical produced acrylic acid. Compared to acrylic acid itaconic acid is not harmful and provides some advantages in its application because of its special chemical structure. An environmentally friendly production process is introduced to replace current acrylic acid based on crude oil by itaconic acid made of renewable resources. In this study itaconic acid is produced by the filamentous fungus Aspergillus terreus in submerse cultivation using different reactor forms, from 300 ml to 10 l. The fungi shape in form of fluffy, frayed agglomerates with an approximate diameter of 0.1 mm with long mycelia filaments. In this document stabilization and optimization of the itaconic acid production of an Aspergillus terreus own-isolate is described. Based on this strain, a process is presented providing both increased productivity and high reproducibility for the first time. The final concentration of the itaconic acid was improved to reproducible 90 g/l. Simultaneously, the cultivation time was reduced to 7 days. The growth rate, the influence of oxygen, and the product- and byproduct-formation were under investigation. Furthermore, the microbiological usability of cheap, renewable resources was examined. One result was that fungi are able to use xylose and glycerin as exclusive carbon source. The manifold applications of itaconic acid require an economical downstream process. In this paper preliminary studies for preparation were performed by means of electro dialyses, liquid-liquid extraction and crystallization.

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Kuenz, Anja: Itaconsäureherstellung aus nachwachsenden Rohstoffen als Ersatz für petrochemisch hergestellte Acrylsäure. 2008.

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