Das INFORS Kochbuch: Grundwissen, Rezepte und Strategien für mikrobielle Prozesse

2. Bioprozess-Grundlagen
Um zu verstehen, welche Bedingungen ein Bioreaktor für ein optimales Wachstum der
Mikroorganismen bereitstellen muss, ist es wichtig zu wissen, in welcher naturgegebenen
Umgebung sich die Organismen wohlfühlen und was sie zu ihrem Wachsen und Gedeihen
benötigen.
Je nachdem, welche Kohlenstoff-und Energiequellen genutzt werden und wo die sogenannten
Elektronen herkommen, können die Organismen in eine Vielzahl von Klassen
eingeteilt werden. Wer genaueres über den Stoffwechsel von Mikroorganismen erfahren
möchte, findet ausführliche Informationen in den Klassikern der Biochemie-Literatur (s.
Kapitel 7).
Im Glossar (Kapitel 8) werden unter den Stichpunkten «photoroph», «chemotroph», «autotroph»
sowie «heterotroph» die verschiedenen Arten der Energiegewinnung erläutert.
2.1 Mikroorganismen
Praktisch alle anzüchtbaren Organismen pro- und eukaryotischen Ursprungs (d.h. mit
oder ohne Zellkern) können in einem Bioreaktor kultiviert werden. Dafür muss eine Vorkultur,
das sogenannte Inokulum, hergestellt werden, welches wiederum 5 bis 10 % des
Gesamtvolumens des zu beimpfenden Mediums ausmacht. Das Inokulum wird zumeist als
Schüttelkultur und maximal in zwei Schritten produziert, während der eigentliche Bioprozess
typischerweise in einem Bioreaktor abläuft.
Hier nun eine kleine Zusammenfassung der bekanntesten Organismen, mit denen mikrobielle
Bioprozesse unternommen werden:
Bakterien
Sie decken ein weites Spektrum an möglichen Wachstumsbedingungen ab, sind sozusagen
das Schweizer Taschenmesser der Mikroorganismen. Neben den «normalen»
Bakterien gibt es auch Anhänger der extremen Umweltbedingungen, sog. Extremophile
(lat. -phil = liebend/affin). Beispiele sind thermophile (mögen hohe Temperaturen) oder
halophile (mögen hohe Salzkonzentrationen) Mikroorganismen.
Die Verdopplungszeit, also die Zeit, die es braucht, bis sich eine Mikroorganismenpopulation
verdoppelt hat, kann zwischen Minuten und Tagen variieren, was wiederum davon
abhängt, ob es sich um anaerobe oder gar genveränderte Bakterien handelt.
Typische Kultivierungsparameter von Bakterien im Schüttler und Bioreaktor:
Parameter Temperatur Durchmischung Kultivierungsdauer pH pO 2
Schüttler 20–60 °C 100– 400 min –1 8–60 h
Bioreaktor 20–60 °C 100–1500 min –1 8–60 h 7,0 0–80 %
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