Feststofffermentation von Weißfäulepilzen - Untersuchungen und Modellierung des Wachstumsprozesses

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Über eine Milliarde Jahre Evolution hat eine Vielzahl verschiedenster Pilze mit einer ungeahnten Enzymvielfalt und deren enormen technisch nutzbarem Potential hervorgebracht. Eine optimale Kultivierung von Pilzen insbesondere von Weißfäulepilze ist daher bioverfahrenstechnisch von großem Interesse. In der Industrie werden zur Enzymgewinnung Pilze oder rekombinante Organismen eingesetzt, die einfach in submersen Systemen kultivierbar sind und hohe Erträge erzielen. Jedoch wird unter diesen Systembedingungen nicht das volle Potential der Pilze ausgeschöpft, so dass zunehmend die Feststofffermentation als alternatives Kultivierungsverfahren wieder Interesse hervorruft. Die Feststofffermentation ist ein robustes Verfahren, das sich hervorragend für die on-site Kultivierung von Weißfäulepilzen zur Gewinnung von Enzymen für die Behandlung von Lignocellulosen eignet. Es entspricht dem natürlichen Habitat und schützt das empfindliche Mycel vor mechanischem Stress. Eine größere Enzymvielfalt und hohe Produktivitäten sind möglich. Während die Wachstums- und Transportprozesse im submersen System gut erforscht und beschrieben sind, gestaltet sich deren Bilanzierung und Beschreibung im heterogenen Festphasensystem unter anderem begründet durch die spezifischen Eigenschaften der filamentösen Pilze, wie die Nährstofftranslokation, wesentlich komplizierter. Die Kenntnis dieser Prozesse ist jedoch elementar für die Auslegung, Führung und Optimierung der Kultivierung. Die Untersuchung und Beschreibung der Wachstumsprozesse der Weißfäulepilze im Feststoffreaktor stehen daher im beantragten Projekt im Mittelpunkt. Dazu werden verschiedene Methoden zur Biomassebestimmung im Feststoffreaktor untersucht und ihre Anwendbarkeit auf realem Substrat überprüft. Anschließend werden Wachstumsversuche durchgeführt und die Enzymaktivitäten bestimmt, sowie die verwendeten Substrate analysiert. So können Zusammenhänge zwischen Biomassebildung, Enzymproduktion und Substratabbau ermittelt werden. Zusätzlich erfolgt ein Screening nach weiteren wachstumsabhängigen extrazellulären Sekundärmetaboliten, zum Beispiel Aromastoffen. Zur abschließenden Modellierung und Simulation der Prozesse dient ein am Institut entwickelter hybrider zellulärer Automat. Die experimentell gewonnenen Daten werden dabei für die Parametrisierung und Weiterentwicklung dieses Modells genutzt.