Untersuchungen zum mikrobiellen anaeroben Abbau von 3-Chlorbenzoesäure

Bock, M.

Book/Report

FZJ-2018-03798

Untersuchungen zum mikrobiellen anaeroben Abbau von 3-Chlorbenzoesäure

Bock, M. (Corresponding author)FZJ*

1992
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2616, 113 p. (1992)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19146

Report No.: Juel-2616

Abstract: In der vorliegenden Arbeit wurde der anaerobe Abbau von 3-Chlorbenzoesäure durch eine strikt anaerobe Mischkultur untersucht, die eine anaerobe Nahrungskette aus dehalogenierenden und Benzeosäure abbauenden Bakterien sowie hydrogenotrophen und acetotrophen Methanbakterien darstellte. Die quantitative Zusammensetzung der anaeroben Mischkultur aus den 4 trophischen Gruppen wurde über Aktivitätsmessungen im Substratsättigungsbereich bestimmt, wobei die dehalogenierenden Bakterien mit 8,1 $\mu$mol $\cdot$ mg$_{Protein}{^-1} \cdot d^{-1}$ die niedrigsten spezifischen Umsatzaktivitäten aufwiesen und die hydrogenotrophen Methanbakterien mit 163 $\mu$mol $\cdot$ mg$_{Protein}{^-1} \cdot d^{-1}$ die höchsten. Damit lagen die maximalen Umsatzaktivitäten der hydrogenotrophen Methanbakterien um den Faktor 10 über dem theoretischen Mindestwert für die Umsetzung von 3-CBA zu Biogas ohne Bildung von Zwischenprodukten. Die Zusammensetung der Mischkultur in Batch-Kulturen und in den Biofilmen der Festbettumlaufreaktoren mit den Trägermaterialien PUR-B 4,8% und PUR-B 33% unterschieden sich nur geringfügig. Bei einer Verweilzeit von einem Tag und einer Raumbelastung von 11,2 mmol$_{3-CBA} \cdot 1^{-1} \cdot d^{-1}$ wurden in den Festbettumlaufreaktoren Umsatzraten von 10,4 mmol$_{3-CBA} \cdot 1^{-1} \cdot d^{-1}$ erreicht, was einem Abbaugrad von 90% entspricht. Bei Verdoppelung der Raumbelastung verdoppelten sich auch die maximalen Umsatzaktivitäten der trophischen Gruppen, was die Verdoppelung der in den Reaktoren immobilisierten Biomasse anzeigte. Aus der Mischkultur wurde über eine Dichtegradientenzentrifugation ein D. vulgaris Stamm isoliert, der während des Wachstums auf Pyruvat ohne Sulfat 3-Chlorbenzoesäure zu 3-Chlorbenzylalkohol reduzierte. D. vulgaris Stamm PY1 stellt das zweite strikt anaerobe Bakterium in Reinkultur dar, das 3-Chlorbenzoesäure umsetzt. Die Reduktion von Benzoesäure zu Benzylalkohol steigerte die Wachstumsrate von D. vulgaris Stamm PY1 auf Pyruvat ohne Sulfat von 0,05 auf 0,1 d$^{-1}$ gegenüber Vergleichskulturen ohne Benzoesäure, während gleichzeitig 0,3 mmol $\cdot 1^{-1}$ weniger Laktat, 0,3 mmol $\cdot 1^{-1}$ weniger Succinat und 1,3 mmol $\cdot 1^{-1}$ weniger Ethanol gebildet wurden. In Rohextrakten aus mit Sulfat gewachsenen Zellen wurden mit 0,13 nmol $\cdot$ mg$_{Protein}{^-1} \cdot min^{-1}$ um den Faktor 4 geringere spezifische Aktivitäten nachgewiesen als in Rohextrakten aus Zellen, die ohne Sulfat gewachsen waren. Als natürliche Elektronenüberträger der Enzyme wurden FAD, FMN und Ferredoxin nachgewiesen. Eine Aktivierung der 3-Chlorbenzoesäure durch Bindung an Coenzym A, Phosphat oder Nucleosidphosphaten erfolgt nicht.

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