JuSER - Forschungszentrum Jülich

Stand des Wissens3.3.2.1 Reaktivextraktion als ein Verfahren zur in situ ProduktgewinnungUnter einem Verfahren zur in situ Produktgewinnung (ISPR) versteht man die Kombinationeines Fermentationsprozesses mit einem Aufarbeitungsverfahren. Durch dasZusammenführen beider Verfahren entstehen verfahrenstechnische und ökonomischeVorteile für den Gesamtprozess. Zum Bespiel kann aufgrund der räumlichen und zeitlichensimultanen Fahrweise die Anzahl der Aufarbeitungsschritte reduziert werden. Gleichzeitigwerden durch die kontinuierliche Betriebsweise Volumenströme verringert und dieProduktbildung pro eingesetztem Arbeitsvolumen erhöht (Freeman et al. 1993; Maass 2001).Aufgrund dieser Optimierungen können Anlagen kompakter und kostengünstiger gebautwerden. Durch die Rückführung der essentiellen Medienbestandteile wie Spurenelementeund Nährsalze kann eine Reduktion der laufenden Materialkosten bezogen auf die gebildeteProduktmenge erzielt werden (Maass 2001; Martek et al. 1997). Bei Verfahren, bei denenProdukte oder Nebenprodukte mit einer inhibierenden oder toxischen Wirkung entstehen,kann durch die Reduktion der Konzentrationen die Wertschöpfung dieser Prozesse erhöhtwerden (Rüffer 2004; Wieczorek et al. 1998a). Alle diese Vorteile, verbunden durch dievollständige Rückführung des Mediums, erhöhen die Ausbeute einesFermentationsverfahrens.Ein Beispiel für die integrierte Produktabtrennung ist die Produktion und Gewinnung vonZitronensäure (Wieczorek et al. 1998a; Wieczorek et al. 1998b). Bei diesem kontinuierlichenVerfahren mit der Rückführung des Fermentationsmediums wurde als Produktionsstamm derPilz Aspergillus niger eingesetzt. Als Aufarbeitungsverfahren wurde die anionenselektiveReaktivextraktion mit einer organischen Phase, bestehend aus dem Amin Tridodecylaminund dem Lösungsmittel 1-Oktanol oder/und Kerosin, verwendet. Der höchsteVerteilungskoeffizient wurde mit einem System aus 30% Tridodecylamin und einem Gemischmit einem Anteil von je 35% 1-Oktanol und Kerosin erreicht (Wieczorek et al. 1998b). Beidiesem Verfahren zeigte sich, dass diese organische Phase eine negative Wirkung auf dieProduktbildung besitzt. Aus diesem Grund wurde vor der Rückführung desFermentationsmediums ein Reinigungsschritt mit einem Aktivkohlefilter vorgeschaltet. ImVergleich zu dem standardmäßig eingesetzten Batchverfahren konnte die Produktbildungund Produktgewinnung optimiert werden (Wieczorek et al. 1998b).Ein weiteres Beispiel für den Einsatz integrierter Produktaufarbeitung ist die Gewinnung vonL-Phenylalanin (Maass 2001; Maass et al. 2002; Rüffer 2004). Durch den Einsatz vonFlüssig-Flüssig-Extraktoren für die Reaktivextraktion konnte eine Optimierung desbestehenden Fermentationsverfahrens erreicht werden. Für die selektive Reaktivextraktiondieser Aminosäuren wurde ein kationenselektives System mit dem lipophilen GegenionD 2 EHPA und dem Lösungsmittel Kerosin eingesetzt. In Biokompatibilitätsexperimentenkonnte in Konzentrationen niedriger als 25 mg/l eine positive Wirkung desLösungsvermittlers D 2 EHPA auf die Produktbildung nachgewiesen werden (Maass et al.2002). Es wurde angenommen, dass der Einsatz des lipophilen Gegenions dieZellmembrandurchgängikeit von L-Phenylalanin erhöht hat und dadurch dieProduktinhibierung reduziert wurde.Trotz der vielen Vorteile kommt das integrierte Produktaufarbeitungsverfahren nur vereinzeltzum Einsatz. Die Gründe dafür liegen im komplexen Aufbau solcher Anlagen und der damitverbundenen Anfälligkeit für Störungen. Weiterhin führte der Eintrag toxischer Substanzen inden Fermentationsprozess zum Abbruch der Produktbildung, oder sie setzte den Einsatzunspezifischer Filtrationsverfahren (z.B. Aktivkohle) voraus (Wieczorek et al. 1998b). Die19