ISBN 978-3-8439-3951-5

978-3-8439-3951-5, Reihe Verfahrenstechnik

Dorina Strieth
Produktive phototrophe Biofilme in Aerosolreaktoren

249 Seiten, Dissertation Technische Universität Kaiserslautern (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Terrestrische Cyanobakterien wurden bislang aufgrund fehlender Kultivierungssysteme als potentielle Produktionsorganismen der Biotechnologie vernachlässigt. Der neuartige emerse Photobioreaktor (ePBR) erlaubt die Kultivierung dieser in ihrer natürlichen Form, immobilisiert auf Oberflächen, als Biofilm eingebettet in einer selbst produzierten Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS).

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der ePBR optimiert und charakterisiert sowie ein Downstream-Prozess zur Extraktion der EPS und der Pigmente von nur einer Probe entwickelt, wobei die EPS in ihre Hauptbestandteile (Polysaccharide, Lipide und Proteine) separiert und anschließend deren Zusammensetzung analytisch ermittelt werden können. Zwanzig verschiedene Cyanobakterien wurden im Hinblick auf mögliche Produkte charakterisiert und drei potentielle Produktionsorganismen über eine Nutzwertanalyse ermittelt, deren optimale und tolerierte Wachstumsparameter anschließend bestimmt wurden. Der vielversprechendste Stamm wurde im optimierten ePBR kultiviert, wobei die Auswahl unterschiedlich rauer Substrate keinen Einfluss auf das Biofilmwachstum aufwiesen. Es konnte gezeigt werden, dass das Dickenwachstum des Biofilms, bestimmt mittels optischer Kohärenztomographie (OCT), abhängig ist von der Lichtverfügbarkeit. Des Weiteren verhielt sich das Wachstum antiproportional zur Nährstoffzufuhr und verringerte sich mit steigender Temperatur. Diese Effekte konnten mit einem mathematischen Modell beschrieben und das Modell mit Hilfe eines Versuchs verifiziert werden. Erhöhte Kohlenstoffdioxidkonzentrationen führten zur Wachstumshemmung, wohingegen die Kultivierung mit Rauchgas gleiche Ausbeuten wie mit atmosphärischen Mengen an Kohlenstoffdioxid lieferte, was eine Anwendung zur Abgasreinigung bei simultaner Wertstoffproduktion ermöglicht. Abschließend wurde ein semi-kontinuierlicher Prozess zur Produktion von EPS mit Cyanobakterien entwickelt, bei der die Ausbeute um das 2,5-fache gesteigert werden konnte.