Einfluss einer enzymatischen und mikrobiellen Hydrolyse auf den anaeroben Lignocellulose-Abbau von nachwachsenden Rohstoffen und Reststoffen
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Straubing
Attenkofer
2015
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| Schriftenreihe: | Nachwachsende Rohstoffe in Forschung und Praxis
19 |
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9
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 11
2 HUERDEN UND CHANCEN DER BIOGASTECHNOLOGIE 13
3 DER BIOGASPROZESS IM UEBERBLICK 15
4 DIE HYDROLYSE IM BIOGASPROZESS 19
4.1 *FLASCHENHALS BEI LIGNOCELLULOSEREICHEN SUBSTRATEN 19
4.2 AUFBAU DER LIGNOCELLULOSE-FRAKTION 21
4.2.1 CELLULOSE 22
4.2.2 HEMICELLULOSE 24
4.2.3 LIGNIN 24
4.2.4 PEKTIN 25
4.3 PROBLEMATIK BEIM MIKROBIOLOGISCHEN ABBAU 26
4.4 KENNTNISSTAND ZUR BIOLOGISCHEN HYDROLYSE VON LIGNOCELLULOSE 28
4.4.1 GRUNDLAGEN DES HYDROLYTISCHEN SUBSTRATABBAUS 28
4.4.2 MECHANISMEN DES ENZYMATISCHEN SUBSTRATABBAUS 30
4.4.2.1 FREIE ENZYME 31
4.4.2.2 ZELLWANDGEBUNDENE ENZYME 32
4.4.2.3 MULTIFUNKTIONALE ENZYME 33
4.4.2.4 CELLULOSOME 33
4.4.3 CELLULOLYTISCHE MIKROORGANISMEN 35
4.4.4 FUNKTIONSWEISE DER ENZYMATISCHEN HYDROLYSE 38
4.4.4.1 CELLULOSE-ABBAU 43
4.4.4.2 HEMICELLULOSE-ABBAU 44
4.5 VORAUSSETZUNGEN FUER EINE EFFEKTIVE HYDROLYSE VON LIGNOCELLULOSE 46
4.6 WIEDERKAEUER UND TERMITEN ALS NATUERLICHE VORBILDER 47
5 STELLSCHRAUBEN ZUR OPTIMIERUNG DER HYDROLYSE 49
5.1 STAND DER TECHNIK BEI DER BIOMASSE-DESINTEGRATION 50
5.2 STAND DER TECHNIK ZUR SUBSTRATAUFBEREITUNG FUER DIE BIOGASERZEUGUNG
52
5.2.1 CHEMISCHE AUFSCHLUSSVERFAHREN 53
5.2.2 MECHANISCHE AUFSCHLUSSVERFAHREN 53
5.2.3 THERMISCHE AUFSCHLUSSVERFAHREN 55
5.2.4 BIOLOGISCHE AUFSCHLUSSVERFAHREN 56
6 ZIELSTELLUNG DER ARBEIT 61
7 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN 63
7.1 AUSWAHL UND CHARAKTERISIERUNG GEEIGNETER SUBSTRATE 63
7.1.1 GAERREST 63
7.1.2 BIERTREBER 64
7.1.3 CELLULOSE-FILTER 64
7.2 BEGLEITENDE ANALYTIK 66
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10
INHALTSVERZEICHNIS
7.3 HYDROLYSE MITTELS KOMMERZIELLER ENZYMPRAEPARATE 68
7.3.1 AUSWAHL GEEIGNETER ENZYMPRAEPARATE 68
7.3.2 METHODISCHES VORGEHEN 69
7.3.3 ERGEBNISSE 71
7.4 ETABLIERUNG EINER ADAPTIERTEN, CELLULOLYTISCHEN HYDROLYSEKULTUR 79
7.4.1 AUSWAHL GEEIGNETER BIOZOENOSEN ALS INOKULUM 79
7.4.2 METHODISCHES VORGEHEN 80
7.4.2.1 AUFBEREITUNG DER INOKULA 80
7.4.2.2 MEDIEN ZUR ANZUCHT DER CELLULOLYTISCHEN HYDROLYSEKULTUR 81
7.4.2.3 ETABLIERUNG CELLULOLYTISCH AKTIVER HYDROLYSEKULTUREN 83
7.4.3 ERGEBNISSE 85
7.4.3.1 ETABLIERUNG EINER HYDROLYSEKULTUR IM KOMPLEX- UND MINIMALMEDIUM
85
7.4.3.2 ETABLIERUNG EINER HYDROLYSEKULTUR IM GS2-MEDIUM 90
7.4.4 ZUSAMMENFASSENDER VERGLEICH 100
7.5 VERGLEICH DER ETABLIERTEN HYDROLYSEKULTUR MIT DER REFERENZKULTUR 102
7.5.1 METHODISCHES VORGEHEN 102
7.5.2 ERGEBNISSE 104
7.5.2.1 MESOPHILE HYDROLYSEKULTUR VS. REFERENZKULTUR 105
7.5.2.2 THERMOPHILE HYDROLYSEKULTUR VS. REFERENZKULTUR 107
7.6 KOMBINATION KOMMERZIELLER ENZYMPRAEPARATE MIT DER ETABLIERTEN
HYDROLYSEKULTUR ... 111
7.6.1 METHODISCHES VORGEHEN 111
7.6.2 ERGEBNISSE 111
7.6.2.1 EINFLUSS HYDROLYTISCHER ENZYME UNTER MESOPHILEN BEDINGUNGEN 111
7.6.2.2 EINFLUSS HYDROLYTISCHER ENZYME UNTER THERMOPHILEN BEDINGUNGEN
114
8 EVALUIERUNG DER ERZIELTEN ERGEBNISSE 117
8.1 HYDROLYSE MITTELS KOMMERZIELLER ENZYMPRAEPARATE 117
8.2 ETABLIERUNG EINER ADAPTIERTEN, CELLULOLYTISCHEN HYDROLYSEKULTUR 119
9 ZUSAMMENFASSUNG 125
10 LITERATURVERZEICHNIS 127
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS 137
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 139
TABELLENVERZEICHNIS 141
ANHANG 143
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