Charakterisierung und Optimierung eines neuartigen Bakterienstammes zur Herstellung von Bernsteinsäure

Bernsteinsäure (BS) ist ein wichtiger Grundbaustein der Chemie und findet als biobasierte Chemikalie weitreichende Anwendung. Aufgrund ihrer Eigenschaft als vielversprechende Plattformchemikalie dient sie als Rohstoff für verschiedene industriell produzierte Chemikalien und Polymere, vor allem als Basis für die Herstellung von Polyestern und Polyamiden. In den letzten Jahren wurden bereits viele Studien zur biotechnischen Produktion von BS hervorgebracht, in denen hohe Endkonzentrationen und Ertragskoeffizienten erreicht wurden. Ein entscheidender Vorteil, der sich aus der Verwendung von Wildtyp-Stämmen für diesen Prozess ergibt, ist, dass nachwachsende Rohstoffe zumeist die natürlichen Substrate der Mikroorganismen darstellen und so hohe Umwandlungsraten erzielt werden können. In dieser Arbeit wird ein bisher unbekannter Bodenorganismus für die biotechnische Produktion von BS verwendet. Relevant für die Bernsteinsäurebildung der aus Wildtyp-Stämmen bestehenden Mischkultur DSM 32268 ist ein neuartiger Organismus, der der Klasse Actinobacteria zuzuordnen ist. Infolgedessen wurde eine Isolierung des bernsteinsäurebildenden Organismus aus der Mischkultur DSM 32268 angestrebt. Dazu werden zahlreiche mikrobiologische Analyseverfahren angewandt. Hierbei wurde herausgestellt, dass es sich bei der Mischkultur DSM 32268 um eine mikrobielle Gemeinschaft handelt, wobei die Actinobacteria-Spezies auf die Interaktion des zweiten Stammes angewiesen ist. Unter mikroaerophilen Bedingungen und bei Verwendung von Glycerin und MgCO3 bildet die Mischkultur im Satzbetrieb als Hauptprodukt BS mit 85,4 g/L, bei einem Ertragskoeffizienten von 0,9 g/g und einer Gesamt-Produktivität von 0,25 g/(L*h). Ein mikroaerophiles Milieu wird dabei durch das Kultivierungssystem Laborflasche mit Kanüle gewährleistet. Daneben sind aber auch die Probenahmehäufigkeit, das Verhältnis Arbeits- zu Nennvolumen der Laborflaschen sowie die Schüttelfrequenz entscheidend für die Effizienz des Prozesses. Ebenso von Bedeutung für die Bernsteinsäurebildung der Mischkultur ist der Komplexmedienbestandteil Hefeextrakt. Die darin enthaltenen Aminosäuren und B-Vitamine wurden analysiert. Durch deren Supplementierung wird die Produktion zum Teil begünstigt. Eine Kostenreduktion des Prozesses wird durch die Verwendung von Rohglycerin der geringsten Aufarbeitungsstufe erzielt. Hiermit kann eine annähernd genauso effiziente Bernsteinsäureproduktion wie mit Pharmaglycerin realisiert werden.