Metabolomanalyse zur Untersuchung der Dynamik im ...

4.3. Aufbau und Durchführung der Fermentationsexperimente im 20 L Bioreaktor
injiziert. Gleichzeitig wurde die Glukosedosierung auf ein zuvor experimentell bestimmtes
nicht limitierendes Niveau erhöht und das Experiment für 3–4 h unter Glukosesättigung
weitergeführt. Sowohl in der limitierten wie auch in der Glukose gesättigten Phase wurde die
Probenfrequenz auf 3–4 h −1 erhöht.
4.3. Aufbau und Durchführung der Fermentationsexperimente
im 20 L Bioreaktor
4.3.1. Bioreaktor und Fed–Batch Kultivierung
Die Experimente wurden in einem 20 L Rührkessel–Bioreaktor (ATGU 503, Infors AG)
mit einem Arbeitsvolumen von 7 L durchgeführt (Abb. 4.3, 4.4). Im unteren Drittel des
Edelstahlzylinders sowie im Deckel des Bioreaktors sind Vorrichtungen zur Aufnahme von
Messsonden integriert. Das Rührwerk besteht aus zwei Scheibenrührern und wird durch
eine Welle von oben angetrieben. Über die Steuereinheit können die Sollwerte verschiedener
Prozessparameter (z.B. Rührerdrehzahl, Temperatur, Druck, Begasungsrate) eingestellt
und geregelt werden. Die Prozessdaten (Ist–Werte für Temperatur, Druck, Rührerdrehzahl,
Begasungsrate, pO2, pH–Wert, CO2 im Abgas) wurden durch ein SMP–Interface (Siemens
Mikroprozessor Peripherie) an den Prozessrechner übertragen. Dort erfolgte die Datenerfassung
mit Hilfe der Software (Labview 5.1, National Instruments) mit einer Speicherfrequenz
von 0,1 Hz.
Die Messung des pH–Wertes erfolgte über eine pH–Gel–Elektrode (Broadley James).
Ein integrierter PID–Regler steuerte eine Laugenpumpe an und führte bei einem Abfall
des pH–Wertes durch Säurebildung 25%ige Ammoniaklösung zu. Die Temperaturmessung
im Bioreaktor erfolgte über ein PT–100 Widerstandsthermometer, der Reaktorinnendruck
wurde über einen piezoelektronischen Druckaufnehmer bestimmt. Zur Messung des pO2
wurde eine amperometrische Elektrode (Ingold) verwendet. Der Abluftstrom aus dem
Bioreaktor wurde gekühlt (M&C Cooler, ECP Analysentechnik), und mit einem Analysegerät
(Binos100 2M, Fisher–Rosemount) wurde der O2 und CO2 Gehalt gemessen. Die
definierte Zufuhr von Medienbestandteilen wurde durch den Einsatz von Dosierstrecken
realisiert. Diese erfassen den aktuellen Volumenstrom durch den Gewichtsverlust eines
Medium–Vorratsgefäßes, welches sich auf einer Waage befindet. Durch die Regelung von
Dosierpumpen ließen sich die gewünschten Volumenströme einstellen. Die Anlagenskizze des
20 L Bioreaktors ist in Abb. 4.4 dargestellt.
Vor Beginn jeder Kultivierung wurde die Peripherie des Bioreaktors sterilisiert, d.h.
alle Dosierstrecken, das Probenahmeventil, Vorratsbehälter für Lauge, Vorkultur und das
Fermentationsmedium. Die pH–Elektrode wurde kalibriert und in den vorgesehenen Stutzen
am Bioreaktor neben der bereits montierten Sauerstoffelektrode eingebaut. Anschließend
wurden alle Anstechvorrichtungen mit Septen verschlossen, der Bioreaktor mit 7 L bidestilliertem
Wasser befüllt und bei 121 ◦ C für 20 min sterilisiert. Nach dem Autoklavieren wurde
das Wasser abgelassen und 6,3 L des Hauptkulturmediums Nr. I (Anhang A.5) über einen
Sterilfilter in den Bioreaktor gepumpt. Nachdem die Prozessparameter für die Fermentation
(Temperatur = 37 ◦ C, Druck = 0,23 bar und pH–Wert = 6,5) im Bioreaktor eingestellt
waren, konnte die Sauerstoffelektrode mit Stickstoff und Raumluft bei 1 VVM (Gleichung
35