Charakterisierung von Sporolactobacillus Spezies und Prozessoptimierung zur biotechnologischen Herstellung von D-Lactat

Im Gegensatz für die biotechnologische Produktion von L-Lactat, gibt es noch kein industrielles Verfahren zur Herstellung von D-Lactat mit agrarischen Reststoffen. Der Fokus dieser Arbeit lag daher auf der Entwicklung eines biotechnologischen Verfahrens zur Herstellung von D-Lactat auf der Basis von erneuerbaren Ressourcen. Für die Umsetzung dieses Ziels sollte zuerst nach entsprechenden Biokatalysatoren gescreent werden, die die Fertigkeiten haben, D-Lactat in hoher Konzentration, Ausbeute und hoher optischer Reinheit zu produzieren. Anhand dieser Kriterien wurden zwei Sporolactobacillus Spezies für eine biotechnologische Anwendung charakterisiert. Dazu wurden die allgemeinen Kultivierungsbedingungen untersucht sowie die optimale Temperatur für die D-Lactatproduktion bestimmt. Im Folgenden sind die im Hauptkulturmedium enthaltenden Stickstoffquellen sowie Spurenelemente und Salze qualitativ und quantitativ auf ihre Relevanz für die Kultivierung getestet worden. Darüber hinaus wurde der Substrattoleranzbereich mit Hilfe verschiedener Glucosestartkonzentrationen für die Bakterien ermittelt und verschiedene Zucker wurden auf die Nutzbarkeit zur D-Lactatproduktion untersucht. Anhand dieser Erkenntnisse wurden darauffolgend kostengünstige, in Deutschland verfügbare Ersatzstoffe auf ihre Eignung zur D-Lactatherstellung getestet. Weiterhin wurden zur Prozessoptimierung die optimalen pH-Werte der Bakterien zur Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit durch Experimente im Bioreaktor definiert und Fermentationsstrategien im Batch- bzw. Fed-Batch-Verfahren, mit Calciumcarbonat sowie Ammoniakwasser als Neutralisationsmittel, entwickelt. Die Verwendung von Ammoniakwasser führte zudem zu einer Produktinhibition der Bakterien infolge der steigenden Konzentration an nicht-dissoziierter Säure während der Kultivierung bei konstanten pH-Wert. Dieses Problem konnte durch einen produktkonzentrationsabhängigen pH-Shift gelöst werden, wodurch die Gesamtproduktivität gesteigert werden konnte. Zusätzlich konnte die Prozessstabilität und die Gesamtproduktivität durch Zellimmobilisierung, unter Zuhilfenahme von Lentikats(R), deutlich erhöht werden. Letztendlich konnte aus der Kombination der gewonnenen Erkenntnisse ein kostengünstiger Fermentationsprozess auf der Grundlage von agrarischen Restoffen zur Produktion von D-Lactat realisiert werden.