m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Problemstellung und Zielsetzung 3
3 Stand des Wissens 7
3.1 Biologische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1.1 Escherichia coli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1.2 Stoffwechsel in Escherichia coli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1.3 L-Phenylalanin-Biosynthese in Produktionsstämmen . . . . . . . . . 13
3.2 Bioprozessentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.1 Bioreaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.2 Prozessführung in Bioreaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.3 Kinetische Parameter (Zulaufverfahren) . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.2.4 Kohlenstoffbilanz (Zulaufverfahren) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2.5 Verfahren zur Herstellung von L-Phenylalanin . . . . . . . . . . . . 22
3.2.6 Stand der fermentativen L-Phenylalanin-Produktion . . . . . . . . . 23
3.3 Produktaufarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3.1 (Reaktiv-)Extraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3.2 Membranverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3.3 Zentrifugalextraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3.4 CINC-Zentrifugalextraktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4 Integration der Produktaufarbeitung in den Produktionsprozess . . . . . . 40
3.4.1 Filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.4.2 Integrierte (Reaktiv-)Extraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.4.3 Stand der integrierten L-Phenylalanin-Abtrennung mittels
Reaktivextraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4 Produktionsorganismen, apparativer Aufbau und Durchführung der
Experimente 47
4.1 Biologisches System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1.1 Produktionsstämme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1.2 Stammhaltung und Vorkultur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2 Fermentationen im Zulaufverfahren im Sixfors vario . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.1 Online-Analysemethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.2 Prozessdatenerfassung und Prozesskontrolle . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.3 Durchführung der Fermentationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.3 Fermentationen im Zulaufverfahren im 20 l Bioreaktor . . . . . . . . . . . 52
4.3.1 Online-Analysemethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
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