Method Development for Cellulosic Mixed-Culture Fermentations
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www.cit-journal.com © 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Chem. Ing. Tech. 2014, 86, No. 9, 1486–1508 gestellte Konzept eignet sich für alle Re- aktionen, dessen Produkt einen Siede- punkt unter 170 °C aufweist. Diese Arbeit ist im Rahmen des Exzel- lenzclusters „Maßgeschneiderte Kraft- stoffe aus Biomasse“ entstanden, der durch die Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder zur Förderung von Wis- senschaft und Forschung an deutschen Hochschulen gefördert wird. [1] M. Shiramizu, F. D. Toste, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 8082 – 8086. P12.03 Trennung von HMF durch selektive Flüssigphasenadsorption mithilfe nanoporöser Polymere Dr. M. Rose 1) (E-Mail: [email protected]), K. Schute 1) , Dr. C. Detoni 1) , Prof. Dr. R. Palkovits 1) 1) RWTH Aachen, ITMC Lehrstuhl für Heterogene Katalyse und Technische Chemie, Worringerweg 1, D-52074 Aachen, Germany DOI: 10.1002/cite.201450475 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) ist eine biogene Plattformchemikalie mit ho- hem Potenzial zur Herstellung verschie- dener Kunststoffe und Feinchemikalien. Die Herstellung von HMF erfolgt durch eine säure-katalysierte Dehydratisierung von Hexosen, wobei eine Folgereaktion zu Lävulinsäure und Ameisensäure möglich ist. Aufgrund der Flüssigpha- senreaktion in polaren Lösungsmitteln wie Wasser sowie der geringen thermi- schen Stabilität von HMF stellt insbe- sondere die energieeffiziente Abtren- nung aus dem Reaktionsgemisch eine wichtige Herausforderung dar. Insbe- sondere die Trennung durch Flüssig- phasenadsorption an geeigneten Adsor- bentien erscheint als eine vielverspre- chende Alternative. Im Vergleich zu konventionellen Adsorbentien zeigen neuartige nanoporöse Polymere heraus- ragende Adsorptionseigenschaften und Selektivitäten für HMF. Das Adsorpti- onsverhalten in wässrigen Lösungen wurde durch Messungen und Modellie- rung der Exzess-Isothermen bei unter- schiedlichen Temperaturen für das Sub- strat Fructose, das Produkt HMF sowie die Folgeprodukte Lävulinsäure und Ameisensäure untersucht. Neben den Reinstoffisothermen wurde zudem auch die kompetitive Adsorption der Verbin- dungen evaluiert. P12.04 Method Development for Cellulosic Mixed-Culture Fermentations E. Antonov 1) (E-Mail: [email protected]), I. Schlembach 2) , E. Herweg 1) , L. Regestein 1) , J. Büchs 1) , M. A. Agler-Rosenbaum 2) 1) RWTH Aachen University, AVT-Bioverfahrenstechnik, Worringerweg 1, D-52074 Aachen, Germany 2) RWTH Aachen University, Institut für angewandte Mikrobiologie, Worringerweg 1, D-52074 Aachen, Germany DOI: 10.1002/cite.201450145 Limited fossil resources are pointing out the need for alternative energy concepts. This issue shall be addressed by develop- ing a process to convert biomass into the platform chemical itaconic acid. In nature, complex substrates like plant biomass are degraded by mixed cultures. The aim of this project is pro- cess integration by conducting biomass hydrolysis and itaconic acid production simultaneously in one reactor, using a mixed culture. As model organisms Tri- choderma reesei will be used for cellulose hydrolysis and Aspergillus terreus for ita- conic acid production. To set up this mixed culture, an appropriate growth medium enabling cellulase formation, hydrolysis, and itaconic acid formation has to be developed. This could be achieved by calculating the available amount of each element related to the used amount of C-source for different media known from literature. Biomass formation of A. terreus and T. reesei was characterized by online measurements of the oxygen transfer rate in this medium. In order to investi- gate mixed-culture interactions and population dynamics, the respective amounts of the microorganisms in a mixed population have to be quantified. Therefore, a multiplex qPCR-based method has been developed to measure the amounts of each participating orga- nism, based on the respective amounts of genomic DNA, which could be ex- tracted from a reactor sample. 1498 12 Prozessintegration Chemie Ingenieur Technik
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www.cit-journal.com © 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Chem. Ing. Tech. 2014, 86, No. 9, 1486–1508
gestellte Konzept eignet sich für alle Re-aktionen, dessen Produkt einen Siede-punkt unter 170 °C aufweist.
Diese Arbeit ist im Rahmen des Exzel-lenzclusters „Maßgeschneiderte Kraft-
stoffe aus Biomasse“ entstanden, derdurch die Exzellenzinitiative des Bundesund der Länder zur Förderung von Wis-senschaft und Forschung an deutschenHochschulen gefördert wird.
[1] M. Shiramizu, F. D. Toste, Angew. Chem.Int. Ed. 2012, 51, 8082 – 8086.
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Trennung von HMF durch selektive Flüssigphasenadsorptionmithilfe nanoporöser PolymereDr. M. Rose1) (E-Mail: [email protected]), K. Schute1), Dr. C. Detoni1), Prof. Dr. R. Palkovits1)
1)RWTH Aachen, ITMC Lehrstuhl für Heterogene Katalyse und Technische Chemie, Worringerweg 1, D-52074 Aachen, Germany
DOI: 10.1002/cite.201450475
5-Hydroxymethylfurfural (HMF) ist einebiogene Plattformchemikalie mit ho-hem Potenzial zur Herstellung verschie-dener Kunststoffe und Feinchemikalien.Die Herstellung von HMF erfolgt durcheine säure-katalysierte Dehydratisierungvon Hexosen, wobei eine Folgereaktionzu Lävulinsäure und Ameisensäuremöglich ist. Aufgrund der Flüssigpha-senreaktion in polaren Lösungsmittelnwie Wasser sowie der geringen thermi-
schen Stabilität von HMF stellt insbe-sondere die energieeffiziente Abtren-nung aus dem Reaktionsgemisch einewichtige Herausforderung dar. Insbe-sondere die Trennung durch Flüssig-phasenadsorption an geeigneten Adsor-bentien erscheint als eine vielverspre-chende Alternative. Im Vergleich zukonventionellen Adsorbentien zeigenneuartige nanoporöse Polymere heraus-ragende Adsorptionseigenschaften und
Selektivitäten für HMF. Das Adsorpti-onsverhalten in wässrigen Lösungenwurde durch Messungen und Modellie-rung der Exzess-Isothermen bei unter-schiedlichen Temperaturen für das Sub-strat Fructose, das Produkt HMF sowiedie Folgeprodukte Lävulinsäure undAmeisensäure untersucht. Neben denReinstoffisothermen wurde zudem auchdie kompetitive Adsorption der Verbin-dungen evaluiert.
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Method Development for Cellulosic Mixed-CultureFermentationsE. Antonov1) (E-Mail: [email protected]), I. Schlembach2), E. Herweg1), L. Regestein1), J. Büchs1), M. A. Agler-Rosenbaum2)
1)RWTH Aachen University, AVT-Bioverfahrenstechnik, Worringerweg 1, D-52074 Aachen, Germany2)RWTH Aachen University, Institut für angewandte Mikrobiologie, Worringerweg 1, D-52074 Aachen, Germany
DOI: 10.1002/cite.201450145
Limited fossil resources are pointing outthe need for alternative energy concepts.This issue shall be addressed by develop-ing a process to convert biomass intothe platform chemical itaconic acid.
In nature, complex substrates likeplant biomass are degraded by mixedcultures. The aim of this project is pro-cess integration by conducting biomasshydrolysis and itaconic acid productionsimultaneously in one reactor, using amixed culture. As model organisms Tri-choderma reesei will be used for cellulose
hydrolysis and Aspergillus terreus for ita-conic acid production. To set up thismixed culture, an appropriate growthmedium enabling cellulase formation,hydrolysis, and itaconic acid formationhas to be developed. This could beachieved by calculating the availableamount of each element related to theused amount of C-source for differentmedia known from literature.
Biomass formation of A. terreus andT. reesei was characterized by onlinemeasurements of the oxygen transfer
rate in this medium. In order to investi-gate mixed-culture interactions andpopulation dynamics, the respectiveamounts of the microorganisms in amixed population have to be quantified.Therefore, a multiplex qPCR-basedmethod has been developed to measurethe amounts of each participating orga-nism, based on the respective amountsof genomic DNA, which could be ex-tracted from a reactor sample.
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