Novel polyphosphate analytics for the development of biotechnological polyphosphate production

• Neue Polyphosphatanalytik für die Entwicklung biotechnologischer Polyphosphatproduktion

Christ, Jonas Johannes; Blank, Lars M. (Thesis advisor); Schwaneberg, Ulrich (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : Apprimus Verlag (2020)
Buch, Doktorarbeit

In: Applied microbiology 19
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (xiii, 229 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Phosphat (PO43-, Pi) ist ein unersetzlicher Nährstoff in der menschlichen Ernährung und wird aus Pi-Erz gewonnen. Strategien für die Rückgewinnung von Pi aus ungenutzten Pi-Abfallströmen müssen entwickelt werden, da die globalen Pi-Erzreserven bald erschöpft sein werden. Rapsschrot (Pi als Phytinsäure gebunden) entsteht beim Entölen von Rapssamen (Brassica napus) und stellt einen solchen ungenutzten Pi-Abfallstrom dar. Vier Projektpartner entwickelten den ValuePP-Prozess. PolyP ist das lineare Polymer von Pi mit einer Kettenlänge n von 2 bis ca. 1.000 P-Untereinheiten, wird derzeit chemisch hergestellt und in Lebensmitteln verwendet. Der ValuePP-Prozess begann mit einer Phytasebehandlung, um das Pi aus dem Rapsschrot freizusetzen. Das Pi wurde von Saccharomyces cerevisiae akkumuliert und intrazellulär zu PolyP polymerisiert. PolyP-reiche S. cerevisiae dienten als Substrat zur Herstellung von polyP-reichem Hefeextrakt oder von reinem biotechnologisch hergestelltem (Bio)PolyP. Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung der letzten drei Prozesse und von Methoden für die Analyse von PolyP in S. cerevisiae. Eine analytische PolyP-Extraktion wurde entwickelt, die 40 % mehr PolyP extrahierte als die beste Literaturmethode (5 h, 5 Reaktionsgefäße), 30 min dauerte und nur ein Reaktionsgefäß benötigte. Eine kolorimetrische Pi-Messmethode wurde entwickelt, welche die Zugabe nur eines Reagenzes zur Probe erforderte und 2 min für die Farbentwicklung benötigte (Literatur: 2 Reagenzien, 30 min). Eine enzymatische Gesamt-PolyP-Messmethode wurde entwickelt, die PolyP vollständig quantifizierte. Die durchschnittliche PolyP-Kettenlänge konnte bisher nur quantitativ durch 31P-Kernresonanz bestimmt werden. Eine enzymatische Messmethode zur Bestimmung dieses Parameters wurde hier entwickelt. Eine Kultivierungsstrategie wurde entwickelt, um Wildtyp-S. cerevisiae mit einem rekordhohen PolyP-Gehalt zu produzieren (28 % polyP als KPO3 in Zelltrockenmasse). Ein Verfahren wurde entwickelt, um das neuartige Produkt polyP-reicher Hefeextrakt herzustellen. Ein Verfahren zur Synthese des ersten Bio-PolyPs mit Lebensmittelqualität wurde entwickelt. Zusammen mit den Projektpartnern wurde Pi erstmals aus Rapsschrot zu polyP-reichem Hefeextrakt und reinem Bio-PolyP weiterverarbeitet. Der phytatreduzierte Rapsschrot kann für die Pi-kontrollierte Fütterung von Nutztieren verwendet werden. Die deutsche (2.700 t) und europäische (11.000 t) Nachfrage nach PolyPn ≥ 4 könnte gedeckt werden, wenn ein Drittel des jährlich in Deutschland anfallenden Rapsschrots (2 * 106 t) mit dem ValuePP-Verfahren behandelt würde.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie [161710]