Im Zeitraum vom 01.07.2005 - 30.06.2007 wurde das Forschungsprojekt des Landes Rheinland-Pfalz (Az. 8407-6532-05/1) mit dem Thema "Höherwertige Verwertung von xylanhaltiger Biomasse am Beispiel von Biertreber" durchgeführt. Das Forschungsprojekt wurde mit finanzieller Unterstützung des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung - EFRE - und des Ministeriums für Wirtschaft, Verkehr, Landwirtschaft und Weinbau in Rheinland-Pfalz durchgeführt.

Im Rahmen dieses Projektes ist eine zuverlässige und genaue Methode zur Zuckerbestimmung von aufgeschlossenem Biertreber erarbeitet worden. Für die Bestimmung der in Xylan vorkommenden Monosaccharide Arabinose, Galactose, Glucose, Mannose und Xylose kommen im Wesentlichen nur 2 Verfahren in Frage: die Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) und die Kapillarzonenelektrophorese (CE). Da mit der CE sowohl die Zucker als auch die Zuckeralkohole in einem Lauf getrennt und bestimmt werden können (Preis für eine Kapillare ca. 10
), wurde für dieses Projekt zunächst eine CE Methode entwickelt.

Diese Methode eignet sich zur Überprüfung von Aufschlüssen und von Fermentationsprodukten. Es sind Kalibrierungen für 20 Substanzen durchgeführt worden (Cellobiose / Glucose / Xylose / Sorbitol / Arabinose / Xylitol / Bernsteinsäure / Milchsäure / Ameisensäure / Essigsäure / Propionsäure / i-Buttersäure / n-Buttersäure / i-Valeriansäure / 3,3-Dimethylbuttersäure (Interner Standard) / n-Valeriansäure / Hydroxymethylfurfural / i-Capronsäure / n-Capronsäure / Furfural). Aufgrund der Stabilität der Basislinie und der vielseitigen Einsatzmöglichkeiten wird dieses Analyseverfahren nun als Standart-Methode eingesetzt.

Ein neuer Hefestamm, der in der Lage ist, Xylose zu Xylitol zu verstoffwechseln, Candida guilliermondii FTI 20037 (=ATCC 201935), für weitere Untersuchungen herangezogen. Der Hefestamm Candida guilliermondii FTI 20037 wächst gut auf Biertreberhydrolysaten die mit einer 0,1 %igen Salpetersäure bei einer Behandlungstemperatur von 160°C erzeugt wurden. Die Umsatzraten im Hydrolysat erreichten je nach Ausgangskonzentration der Xylose Werte zwischen 59 und 67 %. 

Die Aufschlüsse wurden mit einem Gerät der Fa Anton Paar (Graz, Österreich) des Typs Multiwave 3000 (geschlossenes System) durchgeführt. Die Aufschlüsse wurden durchgeführt, indem die Probe innerhalb von 10 min auf die Endtemperatur erwärmt und diese für 1 h gehalten wurde. Anschließend wurde die Probe 15 min gekühlt, filtriert und mit der CE der Gehalt der 5 Monosaccharide Arabinose, Galactose, Glucose, Mannose und Xylose bestimmt. Parallel zu den Untersuchungen mit Biertreber wurden zu Vergleichszwecken weitere xylanhaltige Biomassen untersucht. Hierbei erwies sich insbesondere Stroh als ein weiteres
vielversprechendes Substrat für eine Xylosegewinnung. So wurden in ersten Voruntersuchungen Xyloseausbeuten von bis zu 20 % bezogen auf die Trockenmasse erzielt.

Zusammen mit der Fa. Eugen Schmitt GmbH wurde eine Versuchsanlage zu Xylosefermentation konzipiert. Die Anlage ist so konzipiert, das das im Druckbehälter erzeugte Hydrolysat direkt in den angeschlossenen Fermentationsbehälter überführt werden kann. Nach dem Abkühlen des Materials wird dieser aus dem Vorratsbehälter mit den Hefen beimpft. Die Prozesswärme für die TDH-Behandlung wird über einen angeschlossenen Dampferzeuger bereitgestellt. Mit der Integration eines Aufschlussbehälters an die Fermentationsanlage kann die hydrothermale Vorbehandlung von feststoffreicher Biomasse, die sonst an der TDHPilotanlage der Kläranlage Blümeltal in Pirmasens durchgeführt werden sollte, in den meisten Fällen vor Ort realisiert werden. Dies verbessert die Prozesssicherheit (keine Kontaminationen) und senkt den Transport- und Arbeitsaufwand.

Mehr Informationen zu diesem Forschungsvorhaben finden Sie hier.

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