TY - JOUR A1 - Sieker, Tim A1 - Neuner, Andreas A1 - Dimitrova, Darina A1 - Tippkötter, Nils A1 - Muffler, Kai A1 - Bart, Hans-Jörg A1 - Heinzle, Elmar A1 - Ulber, Roland T1 - Ethanol production from grass silage by simultaneous pretreatment, saccharification and fermentation: First steps in the process development JF - Engineering in Life Sciences N2 - Grass silage provides a great potential as renewable feedstock. Two fractions of the grass silage, a press juice and the fiber fraction, were evaluated for their possible use for bioethanol production. Direct production of ethanol from press juice is not possible due to high concentrations of organic acids. For the fiber fraction, alkaline peroxide or enzymatic pretreatment was used, which removes the phenolic acids in the cell wall. In this study, we demonstrate the possibility to integrate the enzymatic pretreatment with a simultaneous saccharification and fermentation to achieve ethanol production from grass silage in a one-process step. Achieved yields were about 53 g ethanol per kg silage with the alkaline peroxide pretreatment and 91 g/kg with the enzymatic pretreatment at concentrations of 8.5 and 14.6 g/L, respectively. Furthermore, it was shown that additional supplementation of the fermentation medium with vitamins, trace elements and nutrient salts is not necessary when the press juice is directly used in the fermentation step. Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1002/elsc.201000160 N1 - Special Issue "Bioprocess‐oriented plant design" VL - 11 IS - 4 SP - 436 EP - 442 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Pasteur, A. A1 - Ludwig, B. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Diller, R. A1 - Kampeis, P. A1 - Ulber, Roland T1 - Aufarbeitung von β-Lactamantibiotika mittels selektiver, magnetischer Adsorbermaterialien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - b-Lactame gehören zu den wirkungsvollsten Antibiotika, jedoch lassen sich viele nur schwierig fermentativ erzeugen. Ein Problem bei der fermentativen Produktion ist die Hydrolyse des Lactamrings im wässrigen Milieu. Das Ziel des von der DBU geförderten Projekts ist die selektive In-situ-Adsorption der b-Lactamantibiotika unter anschließender magnetischer Separation. Durch die Isolation im Hochgradientenmagnetseparator (HGMS) ist eine Fest-fest-flüssig-Trennung und somit ein erheblicher Zeitgewinn im Downstreamprozess möglich. Zusätzlich kommt es zur Einsparung an Lösungsmittel und Energie, was neben Reduzierung der Antibiotikahydrolyse auch in ökologischer Hinsicht einen interessanten Aspekt darstellt. Als Trägermaterial für die Adsorbermatrix werden magnetisierbare Eisenoxidpartikel eingesetzt, die in einer Silikamatrix eingebettet sind. Diese Adsorber sollen auf Selektivität in Wasser und verschiedenen Medien getestet werden. Zusätzlich werden die Abbauprodukte des b-Lactams analysiert, um eine Aussage über die Stabilisierung des Antibiotikums durch die selektiven Adsorber treffen zu können. Diese Ergebnisse werden mit kommerziell erhältlichen Adsorbern verglichen. Die Aufreinigung der Antibiotika soll direkt aus der Fermentationsbrühe erfolgen. Um die Trennung der magnetischen, selektiven Adsorber von der Biomasse zu gewährleisten, soll der HGMS in die Fermentation integriert werden. Das filamentöse Wachstum des Mikroorganismus erfordert eine Neuauslegung der Filtermatrix. KW - β-Lactame KW - Magnetische Adsorbermaterialien Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050270 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1587 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Hering, T. A1 - Pasteur, A. A1 - Wollny, S. A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Magnetische Separation von Gold-Nanopartikeln zur Gluconsäure-Produktion durch Hochgradient-Magnetseparation im Labormaßstab T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Bei der Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe entsteht aus Cellulose oder Stärke u. a. das wichtige Produkt Glucose. Diese niedermolekulare Kohlenhydratquelle wird üblicherweise als Substrat für biotechnologische und chemische Synthesen verwendet. Ein wirtschaftlich interessantes Oxidationsprodukt der Glucose ist Gluconsäure, die beispielsweise als Lebensmittelzusatzstoff (E 574), in der Medizin und Metallindustrie Verwendung findet. Die Umsetzung des Monosaccharids zu Gluconsäure erfolgt entweder durch mikrobielle Fermentation oder der Oxidation an heterogenen Katalysatoren. Die Zielsetzung der Studie ist die Untersuchung der Glucoseoxidation an magnetisierbaren Gold-Nanopartikeln unter nachfolgender Bypass-Separation des Katalysators mittels einer neuen Mini-HGMS-Einheit (Hochgradient-Magnetseparation). Dieser Filtertyp ermöglicht die selektive Trennung magnetischer Partikel aus Suspensionen mit hohem Feststoffgehalt oder Viskosität. Erste Ergebnisse zeigen eine Beladungskapazität des selbstkonstruierten Mini-HGMS von 550 mg goldbeschichteter magnetisierbarer Nanopartikel. Die Oxidation erfolgt bei einem pH-Wertvon 9, bei 40 °C und mit 100 mM Glucose in einem begasten Rührkesselreaktor. Das System soll zukünftig zum Katalysatorrecycling von hochviskosen und Feststoffbelasteten Produktströmen aus Bioraffinerien eingesetzt werden. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450265 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1501 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Sieker, T. A1 - Duwe, A. A1 - Poth, S. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Itaconsäureherstellung aus Buchenholz-Hydrolysaten T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Aus hölzernen Cellulosen und Hemicellulosen können durch enzymatische Hydrolyse fermentierbare Zucker für die Herstellung von Chemikalien und Treibstoffen gewonnen werden. Die bisherige Forschung fokussiert sich oft auf die Nutzung dieser Zucker zur Gewinnung von Ethanol. Daneben muss aber auch die stoffliche Nutzung zur Gewinnung von Grundchemikalien berücksichtigt werden. Eine solche Grundchemikalie ist Itakonsäure. Obwohl die biotechnologische Itaconsäureproduktion bereits eingehend untersucht und etabliert ist, gestaltet sie sich im Rahmen von Bioraffinerien der zweiten Generation als schwierig, da der überwiegend verwendete Produktionsorganismus gegen eine weite Bandbreite von Inhibitoren sensibel ist. Die Herstellung von Itaconsäure aus Buchenholzhydrolysaten wird im Rahmen der deutschen Lignocellulose-Bioraffinerie entwickelt. Die unbehandelten Hydrolysate ermöglichen weder das Wachstum von Aspergillus terreus noch die Bildung von Itaconsäure. Daher werden Möglichkeiten zur Konditionierung des Hydrolysates mit dem Ziel einer Itaconsäureproduktion mit hohen Ausbeuten und Konzentrationen vorgestellt. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250414 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe N1 - Die präsentierte Arbeit wird vomBMELV über die FNR gefördert (Förderkennzeichen 22019409). VL - 84 IS - 8 SP - 1300 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Graf, Alain-Michel A1 - Steinhof, Rafael A1 - Lotz, Martin A1 - Tippkötter, Nils A1 - Kasper, Cornelia A1 - Beutel, Sascha A1 - Ulber, Roland T1 - Downstream-Processing mit Membranadsorbern zur Isolierung nativer Proteinfraktionen aus Kartoffelfruchtwasser T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Bei der Stärkeproduktion entstehendes Kartoffelfruchtwasser besitzt mit 2 – 3 % einen hohen Anteil an ernährungsphysiologisch interessanten Proteinen. Die industrielle Gewinnung dieser Proteinfracht liefert jedoch lediglich ein minderwertiges, denaturiertes Produkt. Mit Hilfe der Membranadsorber-Technologie lassen sich aus Kartoffelfruchtwasser unter milden Reaktionsbedingungen native bioaktive Proteinfraktionen gewinnen. Geeignete Trennbedingungen wurden im Labormaßstab entwickelt und in den Technikumsmaßstab übertragen. An Anionenaustauscher-Membranadsorbern mit einer Membranfläche von 10 000 cm2 wurde eine Patatinhaltige Fraktion (44 kDa) mit Bindungskapazitäten von 0,37 mg/cm2 isoliert. Eine niedermolekulare Proteinfraktion mit Protease-Inhibitoren konnte durch Kationenaustauscher-Membranadsorber mit Bindungskapazitäten von 1,00 mg/cm2 gewonnen werden. Sie ist für verschiedenste Applikationen in der pharmazeutischen, kosmetischen und der Nahrungsmittelindustrie interessant z. B. für Appetitzügler oder muskelaufbauende Proteinpräparate. Der Aufreinigung der nativen Proteinfraktionen durch Ultra-/Diafiltration schließt sich die Konfektionierung durch Sprühtrocknung an. Die bioanalytische Charakterisierung der Produkte belegt die Reinheit und die enzymatische Aktivität sowie die Abreicherung von Störkomponenten wie Glykoalkaloide und Polyphenoloxidasen. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200800139 VL - 81 IS - 3 SP - 267 EP - 274 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Roth, J. A1 - Möhring, S. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Characterization and evaluation of lignocellulosic biomass 130 hydrolysates for ABE fermentation T2 - New frontiers of biotech-processes (Himmelfahrtstagung) : 02-04 May 2016, Rhein-Mosel-Halle, Koblenz/Germany Y1 - 2016 SP - 130 PB - DECHEMA CY - Frankfurt am Main ER - TY - JOUR A1 - Cheenakula, Dheeraja A1 - Hoffstadt, Kevin A1 - Krafft, Simone A1 - Reinecke, Diana A1 - Klose, Holger A1 - Kuperjans, Isabel A1 - Grömping, Markus T1 - Anaerobic digestion of algal–bacterial biomass of an Algal Turf Scrubber system JF - Biomass Conversion and Biorefinery N2 - This study investigated the anaerobic digestion of an algal–bacterial biofilm grown in artificial wastewater in an Algal Turf Scrubber (ATS). The ATS system was located in a greenhouse (50°54′19ʺN, 6°24′55ʺE, Germany) and was exposed to seasonal conditions during the experiment period. The methane (CH4) potential of untreated algal–bacterial biofilm (UAB) and thermally pretreated biofilm (PAB) using different microbial inocula was determined by anaerobic batch fermentation. Methane productivity of UAB differed significantly between microbial inocula of digested wastepaper, a mixture of manure and maize silage, anaerobic sewage sludge, and percolated green waste. UAB using sewage sludge as inoculum showed the highest methane productivity. The share of methane in biogas was dependent on inoculum. Using PAB, a strong positive impact on methane productivity was identified for the digested wastepaper (116.4%) and a mixture of manure and maize silage (107.4%) inocula. By contrast, the methane yield was significantly reduced for the digested anaerobic sewage sludge (50.6%) and percolated green waste (43.5%) inocula. To further evaluate the potential of algal–bacterial biofilm for biogas production in wastewater treatment and biogas plants in a circular bioeconomy, scale-up calculations were conducted. It was found that a 0.116 km2 ATS would be required in an average municipal wastewater treatment plant which can be viewed as problematic in terms of space consumption. However, a substantial amount of energy surplus (4.7–12.5 MWh a−1) can be gained through the addition of algal–bacterial biomass to the anaerobic digester of a municipal wastewater treatment plant. Wastewater treatment and subsequent energy production through algae show dominancy over conventional technologies. KW - Biogas KW - Methane KW - Algal Turf Scrubber KW - Algal–bacterial bioflm KW - Circular bioeconomy Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1007/s13399-022-03236-z SN - 2190-6823 N1 - Corresponding author: Dheeraja Cheenakula VL - 13 SP - 15 Seiten PB - Springer CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Zhantlessova, Sirina A1 - Savitskaya, Irina A1 - Kistaubayeva, Aida A1 - Ignatova, Ludmila A1 - Talipova, Aizhan A1 - Pogrebnjak, Alexander A1 - Digel, Ilya T1 - Advanced “Green” prebiotic composite of bacterial cellulose/pullulan based on synthetic biology-powered microbial coculture strategy JF - Polymers N2 - Bacterial cellulose (BC) is a biopolymer produced by different microorganisms, but in biotechnological practice, Komagataeibacter xylinus is used. The micro- and nanofibrillar structure of BC, which forms many different-sized pores, creates prerequisites for the introduction of other polymers into it, including those synthesized by other microorganisms. The study aims to develop a cocultivation system of BC and prebiotic producers to obtain BC-based composite material with prebiotic activity. In this study, pullulan (PUL) was found to stimulate the growth of the probiotic strain Lactobacillus rhamnosus GG better than the other microbial polysaccharides gellan and xanthan. BC/PUL biocomposite with prebiotic properties was obtained by cocultivation of Komagataeibacter xylinus and Aureobasidium pullulans, BC and PUL producers respectively, on molasses medium. The inclusion of PUL in BC is proved gravimetrically by scanning electron microscopy and by Fourier transformed infrared spectroscopy. Cocultivation demonstrated a composite effect on the aggregation and binding of BC fibers, which led to a significant improvement in mechanical properties. The developed approach for “grafting” of prebiotic activity on BC allows preparation of environmentally friendly composites of better quality. KW - coculture KW - pullulan KW - exopolysaccharides KW - prebiotic KW - bacterial cellulose Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.3390/polym14153224 SN - 2073-4360 N1 - This article belongs to the Special Issue "Cellulose Based Composites" VL - 14 IS - 15 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Schroeter, Rebecca A1 - Hoffmann, Tamara A1 - Voigt, Birgit A1 - Meyer, Hanna A1 - Bleisteiner, Monika A1 - Muntel, Jan A1 - Jürgen, Britta A1 - Albrecht, Dirk A1 - Becher, Dörte A1 - Lalk, Michael A1 - Evers, Stefan A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Maurer, Karl-Heinz A1 - Putzer, Harald A1 - Hecker, Michael A1 - Schweder, Thomas A1 - Bremer, Erhard T1 - Stress responses of the industrial workhorse Bacillus licheniformis to osmotic challenges JF - PLoS ONE N2 - The Gram-positive endospore-forming bacterium Bacillus licheniformis can be found widely in nature and it is exploited in industrial processes for the manufacturing of antibiotics, specialty chemicals, and enzymes. Both in its varied natural habitats and in industrial settings, B. licheniformis cells will be exposed to increases in the external osmolarity, conditions that trigger water efflux, impair turgor, cause the cessation of growth, and negatively affect the productivity of cell factories in biotechnological processes. We have taken here both systems-wide and targeted physiological approaches to unravel the core of the osmostress responses of B. licheniformis. Cells were suddenly subjected to an osmotic upshift of considerable magnitude (with 1 M NaCl), and their transcriptional profile was then recorded in a time-resolved fashion on a genome-wide scale. A bioinformatics cluster analysis was used to group the osmotically up-regulated genes into categories that are functionally associated with the synthesis and import of osmostress-relieving compounds (compatible solutes), the SigB-controlled general stress response, and genes whose functional annotation suggests that salt stress triggers secondary oxidative stress responses in B. licheniformis. The data set focusing on the transcriptional profile of B. licheniformis was enriched by proteomics aimed at identifying those proteins that were accumulated by the cells through increased biosynthesis in response to osmotic stress. Furthermore, these global approaches were augmented by a set of experiments that addressed the synthesis of the compatible solutes proline and glycine betaine and assessed the growth-enhancing effects of various osmoprotectants. Combined, our data provide a blueprint of the cellular adjustment processes of B. licheniformis to both sudden and sustained osmotic stress. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0080956 SN - 1932-6203 VL - 8 IS - 11 PB - PLOS CY - San Francisco ER - TY - JOUR A1 - Voigt, Birgit A1 - Schroeter, Rebecca A1 - Jürgen, Britta A1 - Albrecht, Dirk A1 - Evers, Stefan A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Maurer, Karl-Heinz A1 - Schweder, Thomas A1 - Hecker, Michael T1 - The response of Bacillus licheniformis to heat and ethanol stress and the role of the SigB regulon JF - Proteomics Y1 - 2013 SN - 1615-9861 (E-Journal); 1615-9853 (Print) VL - Vol. 13 IS - Iss. 14 SP - 2140 EP - 2146 PB - Wiley CY - Weinheim ER -