Einsatz von neu isolierten Mikroorganismen bei der Optimierung der Bioethanol- und Biogas-Produktion
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Die Arbeit befasst sich zum einen mit der Optimierung der Bioethanol-Herstellung und zum anderen mit der Verbesserung der Biogas-Produktion. Dabei kommen neu isolierte Mikroorganismen bzw. deren Enzyme zum Einsatz.
Die Bioethanol-Herstellung aus lignocellulosehaltiger Biomasse stellt eine erfolgversprechende Alternative zu fossilen Energieträgern dar.
Die Hefe Saitozyma flava OO2, die aus der höheren Termite Odontotermes obesus stammt, konnte als geeigneter Cellulaseproduzent identifiziert werden. Es konnte eine Cellulase Cel1 isoliert und charakterisiert werden, die der Glycosid-Hydrolasefamilie 5 (GHF 5) angehört. Ein 3D-Homologiemodell auf Grundlage der Struktur der ß-1,4-Endoglucanase aus Ganoderma lucidum 5D8Z wurde angefertigt. Das aktive Zentrum liegt dabei hoch konserviert vor. Es konnte eine Aktivität in einem breiten Temperatur-Bereich zwischen < 30 und > 80 °C mit einem Temperatur-Optimum bei 60 °C ermittelt werden. Die Cellulase war in einem pH-Bereich zwischen < 2 und > 6 stabil. In einem pH-Bereich zwischen < 3,5 und > 5,5 zeigte die Endocellulase eine Aktivität mit einem Optimum zwischen 4 und 4,5. Bei einer Konzentration von 25,5 % Cellobiose zeigte die Cellulase Cel1 eine 50%ige Aktivität. Aufgrund der ermittelten Eigenschaften und ihrer Aktivität eignet sich die Cellulase Cel1 für den Einsatz in der Bioethanolproduktion der zweiten Generation.
Das Power-to-Gas Verfahren stellt eine weitere Alternative dar, um die Menschheit von fossilen Energieträgern unabhängig zu machen.
Im Rahmen dessen konnten insgesamt 18 methanogene Archaea aus der thermophilen Biogasanlage Butschen in Viersen (Nordrhein-Westfalen) und neun Isolate aus zwei verschiedenen niederen Termiten erhalten werden. Die Identifikation erfolgte jeweils über ARDRA und SAPD-PCR sowie über eine Sequenzierung des 16S rRNA-Gens. Aus der niederen Termite Incisitermes marginipennis konnten sechs methanogene Isolate erhalten werden. Fünf der Isolate konnten als Methanoculleus thermophilus identifiziert werden und eines als Methanosarcina barkeri bzw. Methanosarcina horonobensis. Aus einer weiteren niederen Termite, Mastotermes darwiniensis, konnten drei methanogene Isolate erhalten werden. Die Archaea konnten Methanobacterium beijingense zugeordnet werden. Es konnten somit erstmals Arten aus niederen Termiten isoliert werden, die sich von den bereits in Kultur erhaltenen Stämmen unterscheiden. Eine aus Mastotermes darwiniensis erstellte archaeelle Klonbibliothek zeigte, dass ein großes Potential an neuartigen, noch nicht isolierten Archaea besteht. Aus der thermophilen Biogasanlage Butschen in Viersen konnten 18 Isolate gewonnen werden, von denen 12 als Methanoculleus thermophilus und sechs der Muster als Methanothermobacter wolfeii identifiziert werden konnten. Das Isolat Methanothermobacter wolfeii SIV6 konnte über die SAPD-PCR in die Gattung Methanothermobacter eingeordnet werden. Die Methanproduktion diverser Archaea wurde in Batch-Kulturen und teilweise in einem Methanreaktor überprüft. Darüber hinaus kommt das Isolat Methanothermobacter wolfeii SIV6 in einem Hochleistungs-Methanreaktor zum Einsatz.