Kurztitel. Präsentation Kathrin Schlüter. Vorstellung Grundlagen Ziele Versuchsaufbau Ergebnisse Zukünftige Arbeiten.

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1 Angewandte Forschung in der Energie- & Umwelttechnik Präsentation Kathrin Schlüter Oktober 2013 [0]

2 Vorstellung B.Eng. Lebensmitteltechnologie (HS Bremerhaven) Bachelor-Arbeit: Entwicklung einer Methode zur sensitiven Bestimmung von Vitamin E in Lebensmitteln mittels HPLC-ITMS M.Sc. Biotechnologie (HS Bremerhaven) Master-Arbeit: Anreicherung Lepidokrokit- und Hämatit-reduzierender Geobacteraceae aus Reisfeldboden in mikrobiellen Brennstoffzellen und Quantifizierung mittels molekularbiologischer Methoden Seit Mai 2013 Doktorandin Hochschule Emden/Leer Thema der Dissertation: Stoffwechselphysiologische Untersuchungen von anaeroben, synthrophen Propionat-abbauenden Konsortien/definierten Mischkulturen und quantitative Erfassung in natürlichen und anthropogenen Ökosystemen Promotion an der Universität Bremen (Prof. Dr. M. W. Friedrich) + 30 CP Promotionsstudium Oktober 2013 [1]

3 Grundlagen Polysaccharide, Proteine, Lipide Hydrolyse Oligomere, Monomere Acidogenese kurze Fettsäuren (z.b. Propionat), Alkohole Acetogenese CO 2, H 2, Formiat Acetat hydrogenotrophe Methanogenese acetotrophe Methanogenese CH 4, CO 2 Oktober 2013 [2]

4 Grundlagen Propionat-Abbau durch acetogene Bakterien: CH 3 CH 2 COO + 3 H 2 O CH 3 COO + HCO 3 + H H 2 ΔG 0 = +76,50 kj Reaktion Methanbildung hydrogenotropher Archeen: 4 H 2 + HCO 3 + H + CH H 2 O ΔG 0 = 135,58 kj Reaktion Syntropher Propionat-Abbau: 4 CH 3 CH 2 COO + 3 H 2 O 4 CH 3 COO + HCO 3 + H CH 4 ΔG 0 = 100,74 kj Reaktion ΔG 0 = 25,19 kj mol Propionat Oktober 2013 [3]

5 Grundlagen H CO 2 1 Mol Propionat hydrogenotrophe Methanogenese 0,75 Mol Methan 1 Mol Acetat acetotrophe Methanogenese 1 Mol Methan Ariesyady et al Mol Propionat 1,75 Mol Methan Oktober 2013 [4]

6 Ziele Charakterisierung der Propionat-Abbauer in Biogasreaktoren Welche Organismen sind wann dominant? Bezug von Betriebsbedingungen zur Abundanz der einzelnen Mikroorganismen Vorhersage-Modell für V max / K max Zum Beispiel Monod-Kinetik K S Y +X 0 + YS 0 X 0 + YS 0 Y ln X 0 + Y(S S 0 ) X 0 K s X 0 + YS o ln S S 0 = K max t Zamanzadeh et al Oktober 2013 [5]

7 Versuchsaufbau Anaerobe Inkubation von Biogasreaktor- Proben mit Propionat als C-Quelle Anreicherung Propionat-Abbauer Regelmäßige Überimpfung der Proben Stoffwechselphysiologie Quantifizierung Propionat/ Acetat Methan FISH qpcr Oktober 2013 [6]

8 Stoffmenge (mmol) Stoffmenge (mmol) Ergebnisse Propionat-Abbau und Methanbildung Anreicherungsprobe mit Acetat- Verwerter Anreicherungsprobe ohne Acetat-Verwerter 1,5 0,75 mmol Propionat 1,75 = 1,31 mmol Methan Methan Propionat 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 0, , Zeit (Tage) Zeit (Tage) Methan Propionsäure Essigsäure Methan Propionsäure Essigsäure Oktober 2013 [7]

9 Stoffmenge (mmol) Ergebnisse Propionat-Abbau und Methanbildung 2,00 Langsamer Propionat-Abbau 1,50 1,00 0,50 0, Zeit (Tage) Methan Propionsäure Essigsäure Oktober 2013 [8]

10 Abbau Propionsäure [mmol/(h *g (Protein))] Ergebnisse Reaktionskinetiken 7 Zunahme der spezifischen Abbaugeschwindigkeit in den Inkubationen Anreicherung 2. Anreicherung 3. Anreicherung 4. Anreicherung Oktober 2013 [9]

11 Ergebnisse Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) Bacteria (FAM ) Archaea (Cy3) Foto 132 Zellen 36 Zellen Entspricht 1, Zellen/ml 2, Zellen/ml Anteil 78,6% 21,4% Bildbearbeitung mit der Software Daime (Daims H., Lücker S., Wagner M ) Oktober 2013 [10]

12 Zukünftige Arbeiten Isolierung der syntrophen Co-Kulturen aus den Anreicherungen Weitere FISH-Sonden Spezifisch für Propionat-Abbauer und Methanogene Entwicklung von qpcr-methoden Primer PCR-Bedingungen Oktober 2013 [11]

13 Angewandte Forschung in der Energie- & Umwelttechnik Oktober 2013 [12]

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