Charakterisierung und Optimierung eines neuartigen Bakterienstammes zur Herstellung von Bernsteinsäure

German. Im Rahmen dieser Arbeit wurde für die neuartige Mischkultur DSM 32268, bei der es sich um Wildtyp-Stämme einer Actinobacteria-und einer Paenibacillus-Spezies handelte, ein effizientes Verfahren zur Bernsteinsäureproduktion entwickelt. Durch die Etablierung einer Zwischenkultur wurde die Reproduzierbarkeit der gesamten Arbeiten sichergestellt. Mit Hilfe von Labor-flaschen, die mit einem Deckel sowie eingelassenem Silikonkautschukseptum und Kanüle versehen wurden, konnte ein mikroaerophiles Milieu geschaffen werden, sodass eine nutzbringende Bernsteinsäurebildung gewährleistet war. Zusätzlich wurde eine tägliche Probenahme im 5-Tagesrhythmus festgesetzt. Ferner wurde über die Schüttelfrequenz und das Arbeitsvolumen ein optimaler Lufteintrag in den Laborflaschen ermittelt. Die bestmögliche Schüttelfrequenz ist in einem Bereich zwischen 150 und 200 rpm anzugeben. Das Arbeitsvolumen, das die Luftmenge im Kopfraum der Laborflaschen definiert, nahm die Hälfte des Nennvolumens der Laborflasche ein. In diesem Fall betrug das Arbeitsvolumen 50 mL. Die optimale Produktionstemperatur wurde für einen Bereich zwischen 30 und 32 °C formuliert, wenngleich sämtliche Arbeiten bei der wirtschaftlich effizienteren Temperatur von 32 °C durchgeführt wurden. Die Inokulationsmenge wurde mit 2 % des eingesetzten Medienvolumens festgesetzt. Neben der Regulierung des pH-Wertes während einer Kultivierung fungierte Magnesiumcarbonat in diesem Prozess zusätzlich als CO2-Quelle. Die Bernsteinsäurebildung der Mischkultur DSM 32268 konnte somit über die reduktive Route des TCA-Zyklus gelenkt werden. Für eine effiziente Verwertung des eingesetzten Pharmaglycerins wurden identische Mengen an Magnesiumcarbonat verwendet. Eine Initial-Glycerinkonzentration von bis zu 125 g/L führte zu keiner Substratinhibierung, eine Inhibierung der Bernsteinsäurebildung bis zu einem Titer von 84 g/L konnte ebenso wenig festgestellt werden. Alternativ zu Pharmaglycerin wurden verschiedene Pentosen und Hexosen untersucht. Eine vollständige Verwertung der Substrate wurde aufgezeigt, allerdings resultierte eine geringe Umsetzung von maximal 40 % zu Bernsteinsäure. Einzig mit dem Anion der Gluconsäure, Na-D-Gluconat, konnte ein vergleichbarer Ertragskoeffizientvon 0,85 g/g erzielt werden. Ferner wurde die Fähigkeit der MischkulturDSM 32268 zur Verwertung von Rohglycerin der geringsten Aufreinigungsstufe, zunächst mit einer Konzentration von 50 g/L,untersucht. Dabei wurden identische Bernsteinsäureendkonzentrationen, Ertragskoeffizientenund Produktivitäten wie mit Pharmaglycerin herausgestellt. Ab einer Anfangskonzentration von 100 g/L brachte die Mischkultur DSM 32268 mit dem Rohglycerin der Charge K602 eine deutlich geringere Bernsteinsäuremenge hervor, während mit dem Rohglycerin der Charge K501 nur eine geringfügig kleinere Produktmenge im Vergleich zu Pharmaglycerin resultierte. Eine anschließende Identifizierung möglicher Inhibitoren sollte im Fortgang erfolgen...