m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

Acetat [mmol/l]
400
300
200
100
6.2 Untersuchungen zum Abbruch der Produktion während des Prozesses
Referenz
Phe-Zugabe
0
0 50 100 150 200 250
L-Phenylalanin [mmol/l]
� [mmol/(g*h)]
0.8
0.6
0.4
0.2
Referenz
Phe-Zugabe
0.0
0 50 100 150 200 250
L-Phenylalanin [mmol/l]
Abb. 6.10: Acetatbildung und Biomasse-spezifische Produktbildungsraten aufgetragen über
die L-Phenylalanin-Konzentrationen bei einer Fermentationen ohne (Referenz) und einer
Fermentation mit L-Phenylalanin-Zugabe während der Produktionsphase
47 mmol/l L-Phenylalanin. Danach stieg die L-Phenylalanin-Konzentration kaum noch
an. Bei der Fermentation ohne L-Phenylalanin-Zugabe stieg die Konzentration langsamer
bis auf über 200 mmol/l an. Deutlicher wird der Einfluss der Zugabe von L-Phenylalanin
bei Betrachtung der Biomasse-spezifischen Produktbildungsraten. Nach der Zugabe
des L-Phenylalanins sank die Produktbildungsrate schnell bis auf Null ab. Die Produktbildungsrate
bei der Referenzfermentation nahm zum Ende der Fermentation mit
zunehmender L-Phenylalanin-Konzentration ebenfalls ab, aber deutlich später und im
Vergleich langsamer. Osmotischer Stress auf die Zellen durch plötzliche Zugabe von
L-Phenylalanin war nicht auszuschließen. Dennoch deuteten die Ergebnisse stark auf eine
Inhibierung der Produktion durch hohe L-Phenylalanin-Konzentrationen hin.
Um die Ergebnisse zu verdeutlichen, ist in Abb. 6.10 die Abhängigkeit der Acetatbildung
und der Produktbildungsrate von der L-Phenylalanin-Konzentration gezeigt. Bei
Erreichen von ≈200 mmol/l L-Phenylalanin nahmen die Produktbildungsraten sowohl
bei der Fermentation ohne L-Phenylalanin-Zugabe als auch bei der Fermentation mit
L-Phenylalanin-Zugabe ab, die Acetatkonzentration hingegen zu. Bei einer Betrachtung
des zeitlichen Verlaufs (vgl. Abb. 6.9) zeigte sich, dass dies unabhängig vom Zeitpunkt war,
da eine L-Phenylalanin-Konzentration von 200 mmol/l zu unterschiedlichen Zeitpunkten
erreicht wurde. Die Acetatbildung kann demzufolge als ein charakteristischer Parameter
für die abnehmende Fähigkeit der Zellen, Glucose in L-Phenylalanin umzusetzen, betrachtet
werden.
Einer Modellierung des Fermentationsprozesses zur L-Phenylalanin-Produktion
mit dem Stamm 4pF20 zufolge, liegt die L-Phenylalanin-Inhibierungskonstante bei
20±1,35 g/l [Takors 2003]. In dem hier dargestellten Experiment wurde die Produktion
bei ≈200 mmol/l (33 g/l) L-Phenylalanin vollständig inhibiert. Die hohe L-Phenylalanin-
Konzentration konnte sowohl eine kinetische Inhibierung verursacht haben, die bei
sinkender Konzentration und nach kurzer Einwirkungsdauer wieder abgenommen hätte,
als auch eine Abnahme der Expression und der Stabilität bei langer Einwirkungsdauer.
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