Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Verbundvorhaben: ERA-IB 6: Enzymatische Optimierung des Organosolv-Holzaufschlusses mit integrierter Enzymproduktion (2GEnzymes); Teilvorhaben 2: Stammentwicklung für Cellulaseproduktion

Anschrift
Universität Leipzig - Fakultät für Biowissenschaften, Pharmazie und Psychologie - Institut für Biologie I - Abteilung Pflanzenphysiologie
Permoserstr. 15
04318 Leipzig
Kontakt
Prof. Dr. Christian Wilhelm
Tel: +49 341 97-36874
E-Mail schreiben
FKZ
22030815
Anfang
01.06.2016
Ende
31.05.2019
Ergebnisdarstellung
Die Eignung von Buchenholzzellstoff als Substrat/Induktor für die Cellulasegewinnung konnte mit den Penicillium verruculosum-Stämmen nachgewiesen werden. Dies betraf sowohl den Ausgangsstamm als auch die untersuchten leistungsverbesserten Mutanten. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Verwendung von Buchenholzhydrolysat als C-Quelle anstelle von Glukose für das Myzelwachstum in der Fermentation eine höhere Cellulase-Aktivität erreicht wird. Die Ausbeute an Cellulase konnte durch die Verwendung von Buchenholzhydrolysat mittels P. verruculosum- Cellulase anstelle von Glukose um ca. 60 % gesteigert werden. Eine Zugabe von anionischen Tensiden im Fermentationsmedium führte auch zu höheren Enzymaktivitäten. Der höchste Anstieg auf 125 % wurde mit Tween 85 im Vergleich zur tensidfreien Kontrolle verzeichnet. Erste Ergebnisse des Temperatureinflusses auf die Proteinsekretion zeigen eine Zunahme der Cellulase-Exkretion bei höheren Temperaturen. In einer Kooperation mit der Firma DutchDNA wurden mit speziellen Screening-Methoden Mutanten von Penicillium verruculosum M28-10 mit erhöhter ß-Glucosidase-Bildung und verringerter Proteaseaktivität selektiert. In einem mehrstufigen Screening-Verfahren wurde aus diesem Pool eine Mutante für die weiteren Arbeiten ausgewählt. Die ausgewählte und in einer fed-batch-Fermentation getestete Mutante P. verruculosum M28-10/BGL 16c erreichte eine um 30% höhere Cellulasebildung im Vergleich zum Ausgangsstamm. Die Untersuchungen zur Verzuckerung von Buchenholzzellstoff aus dem Organosolv-Prozess wurden mit Cellulase aus Penicillium verruculosum M28-10 in Kombination mit dem Laccasepräparat Novozym 51003 und einem Laccasepräparat aus der Fermentation mit Cerrena unicolor durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen eine Hemmung der hydrolytischen Leistung um 35 % bei Zugabe beider Laccasepräparate.
Aufgabenbeschreibung
Das Projekt verfolgt die Entwicklung eines integrierten Prozesses zur Produktion von Zuckern aus lignocellulosem Material unter Verwendung von ligninolytischen und cellulolytischen Enzymen. Die Basis dafür bildet das am Fraunhofer CBP etablierte Organosolv-Verfahren zur Fraktionierung von lignocellulosehaltigen Materialien in Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Ein Untersuchungsschwerpunkt dieses Projektes ist die kombinierte Anwendung von ligninolytischen und cellulolytischen Enzymen bei der Zellstoff-Hydrolyse. Damit soll durch partiellen Ligninabbau eine Verringerung von inhibitorischen Effekten des Lignins auf die Cellulasen und somit eine Verbesserung der enzymatischen Hydrolyse des Zellstoffs erzielt werden. Zudem werden eine Verringerung der Enzymkonzentration sowie eine schnellere Konversion des Zellstoffs in Zucker angestrebt. Ein weiterer Aspekt betrifft die Nutzung des Enzymcocktails aus Penicillium verruculosum M28-10 für die Hydrolyse des Zellstoffs aus dem Organosolv-Aufschluss. Der cellulolytische Enzymkomplex dieses Pilzes weist gegenüber kommerziellen Enzympräparaten einen optimalen Gehalt an ß-Glucosidasen und eine relativ hohe Toleranz gegenüber prozessbedingten Inhibitoren auf. Es ist geplant, die Cellulase-Produktion in den Gesamtprozess der Zuckergewinnung aus holzstämmiger Lignocellulose zu integrieren. Weiterhin ist die genetische Veränderung des Produktionsstammes vorgesehen, um die Cellulase-Exkretion im Fermentationsprozess zu erhöhen.

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