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Kapitel 6: Diskussion und Ausblick
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Für zwei Mol Produkt 2,5-DKG werden drei mol O 2 benötigt. Eine Beispielrechnung
(Tabelle 6.2) verdeutlicht, wie hoch die Sauerstofftransferrate sein müsste, um die
theoretische Reaktionslösung (10% Biomasse) mit genügend Sauerstoff zu versorgen.
Tabelle 6.2: Abschätzung des Sauerstoffbedarfs der Lösung
(10% Biomasse, 50 mM Glucose, = 30 min, V = 50 mL)
Produktbildungsrate (theor.)
1,9 mol*L -1 *d -1
= 0,08 mol*L -1 *h -1
benötigte Sauerstofftransferrate OTR 0,12 mol*L -1 *h -1
In ihrer Diplomarbeit untersuchte Maike Silberbach die maximal erreichbaren
Sauerstofftransferraten bei der Oxidation von Glucose zu 2,5-DKG mit Gluconobacter
oxydans NCIMB 8084 [Silberbach 2001]:
Tabelle 6.3: Sauerstofftransferraten in verschiedenen Satzreaktorsystemen
(jeweils bei 30°C, Quelle: [Silberbach 2001])
OTR
[mol*L -1 *h -1 ]
250-mL-Schüttelkolben 0,04
2-L-Fermenter 0,096
50-L-Druckfermenter – 4 bar Überdruck 0,225
Wie sich dort gezeigt hat, kann die Sauerstofftransferrate durch Erhöhung des Reaktorinnendrucks
stark gesteigert werden. Es ist daher zu erwarten, dass auf diese Weise
auch im hier selbst konstruierten Reaktorsystem der Sauerstoffeintrag und damit letztendlich
die Raumzeitausbeute stark erhöht werden könnten.
Tabelle 6.4 zeigt, dass im selbst konstruierten Reaktorsystem lediglich Sauerstofftransferraten
von etwa 0,032 mol*L -1 *h -1 erzielt wurden:
Tabelle 6.4: Im Rahmen dieser Arbeit erreichte Sauerstofftransferrate
(2 % Biomasse, 50 mM Glucose, = 120 min, V = 50 mL)
Produktbildungsrate (erzielt)
0,5 mol*L -1 *d -1
= 0,021 mol*L -1 *h -1
erreichte Sauerstofftransferrate OTR 0,032 mol*L -1 *h -1
Diese OTR ist relativ gering im Vergleich zu den Raten, die Maike Silberbach im
Fermenter erzielen konnte. Das weist darauf hin, dass das Reaktordesign noch stark
verbesserungswürdig ist. Der CSTR im Rahmen dieser Arbeit bestand aus einem
Glasreaktor, der von unten durch eine Fritte begast wurde. Die Reaktorlösung wurde
nicht mehr zusätzlich gerührt, Zellen und Lösung lediglich durch die Umwälzung und
den Gasstrom durchmischt. Vermutlich hatte dies erheblichen Einfluss auf die OTR:
Die Blasen waren wahrscheinlich sehr groß, das Verhältnis von Blasenoberfläche zu
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