Fermentative Produktion von L-Phenylalanin m i t Escherichia coli

3.2 Bioprozessentwicklung
entnommen und neues Medium zugeführt. Dadurch kann der Prozess verlängert werden,
da inhibierende Substanzen entfernt und limitierende Substanzen zugeführt werden können.
Für eine Fermentation im Zulaufverfahren gelten die folgenden Bedingungen:
V = f(t) (3.6)
˙Vein = f(t) (3.7)
˙Vaus = 0 (3.8)
ci = f(t) (3.9)
Daraus ergibt sich abgeleitet aus der allgemeinen Massenbilanz:
d(V · ci)
dt
= ˙ Vein · ci,ein ± ri · V (3.10)
Bei nutristatischer Prozessführung, d.h. konstanter Konzentration des Substrats im Reaktor,
gilt:
˙Vein = f(σ) (3.11)
cS = konst. (3.12)
Kontinuierliches Verfahren
Bei diesem Verfahren wird kontinuierlich steriles Medium zu- und Zellen enthaltendes
Medium abgeführt. Zu- und Abfuhr erfolgen normalerweise mit gleichen Raten, so dass
ein ” Fließgleichgewicht“ erreicht wird und das Arbeitsvolumen konstant ist. Es gibt
unterschiedliche Betriebsweisen. Im Chemostaten wird die Zufuhrrate konstant gehalten.
Im Turbidostaten wird die Zellkonzentration durch die Zufuhr kontrolliert. Die Kontrolle
im Auxostaten erfolgt durch den pH-Wert. Bei der nutristatischen Prozessführung wird die
Konzentration eines Substrats im Reaktor konstant gehalten. Die kontinuierliche Kultur
ist für Produkte geeignet, die wachstumsgekoppelt produziert werden. Ein Vorteil ist die
hohe erreichbare Produktivität, die sich durch die konstanten Reaktionsbedingungen und
die Minimierung der Reinigungszeiten ergibt. Gegen den kontinuierlichen Betrieb sprechen
unter anderem Sterilitätsprobleme und die mögliche Instabilität der produzierenden
Zellen. Ist die Produktkonzentration niedrig, so wird die Aufarbeitung erschwert. Eine
modifizierte Form ist die kontinuierliche Kultivierung mit Zellrückhaltung, bei der hohe
Zellkonzentrationen und dadurch eine relativ höhere Fließgleichgewichtskapazität aufrecht
erhalten werden können. Dabei werden möglicherweise inhibierende Produkte verdünnt.
Zellrückhaltung und Verweilzeitentkopplung werden zudem in der anaeroben Abwasserreinigung
eingesetzt, bei der niedrige Substratkonzentrationen vorliegen [Fritsche 1998].
Für eine Fermentation im kontinuierlichen Verfahren gelten die folgenden Bedingungen:
V = konst. (3.13)
˙Vein = ˙ Vaus
(3.14)
ci = konst. (3.15)
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