m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

7 Integration der Reaktivextraktion in den Fermentationsprozess
(10 g/l) L-Phenylalanin, 10 % D2EHPA in Kerosin und 1 M Schwefelsäure verwendet. Der
pH-Wert der wässrigen Donatorphase wurde am Anfang auf 6,5, entsprechend dem Wert
in Fermentationen, eingestellt. Die Lösungen wurden jeweils im Kreis geführt (Versuchsdurchführung
und Aufbau, siehe Abschnitt 4.4.2). Die Volumenströme der Lösungen bei
Untersuchungen anderer Parameter waren jeweils gleich. Die Angaben der Volumenströme
erfolgen in der Reihenfolge Donator (D), organische Phase (O), Akzeptor (A). Wenn nicht
anders angegeben, wurde der ” High-Mix“-Einsatz verwendet und die Rotordrehzahl der
Zentrifugen lag bei 2400 Upm.
7.1.1 Phasentrennung und Stabilität
Die Dichtedifferenz, die Viskosität, die Löslichkeit der organischen und wässrigen Phasen
ineinander und die Oberflächenspannung haben einen Einfluss auf Emulsionsbildung und
Phasentrennung [Weatherley 1994]. Löslichkeit und Oberflächenspannung waren über die
Bestandteile der Phasen beeinflussbar.
Salzgehalt der wässrigen Phase
Die Löslichkeit organischer Bestandteile in Wasser ist unter anderem von der Ionenstärke
abhängig. Mit zunehmender Salzkonzentration nimmt die Löslichkeit organischer Bestandteile
ab [Weatherley 1994]. Daher wurden zum Vergleich erste Extraktionsexperimente
unter Verwendung von L-Phenylalanin in wässriger Lösung und in wässriger
0,9 % Natriumchlorid-Lösung (physiologische Salzlösung) durchgeführt [Kretzers 2002]. Die
Extraktion mit L-Phenylalanin in wässriger Lösung führte in der Zentrifuge zur Extraktion
bei Volumenströmen über 2 l/h zu starker Emulsionsbildung und unzureichender Phasentrennung.
Dabei wurde die Dispersionsphase, die sich zwischen leichter und schwerer Phase
in der Zentrifuge ausbildete, mit zunehmendem Volumenstrom größer und trat schließlich
über den Ausgang der leichten oder der schweren Phase mit aus. Diese Phaseninstabilität
wurde durch die Anlagerung des in Wasser gelösten Carriers D2EHPA an die Phasengrenze
und die daraus resultierende Reduzierung der Oberflächenspannung verursacht. Durch
die Verwendung von Salzlösung konnte die Phasentrennung deutlich verbessert werden.
Sowohl Extraktion als auch Rückextraktion waren bei höheren Volumenströmen stabil.
Bei der Rückextraktion war die Phasentrennung durch die im Akzeptor dissoziiert ionisch
vorliegende Schwefelsäure gut. Leitfähigkeit und damit Ionenstärke blieben über die Extraktionsdauer
gleich. Daher eignete sich L-Phenylalanin in Salzlösung als Modelllösung
für Extraktionsexperimente.
Extraktion mit zellfreiem Fermentationsüberstand
Zur Untersuchung des Einflusses von Bestandteilen des für eine Online-Extraktion zu
verwendenden Fermentationsüberstands, wie Salzen oder organischen Säuren, die als
Nebenprodukte gebildet wurden, auf die Phasentrennung wurden Extraktionen mit
zellfreiem Fermentationsüberstand durchgeführt [Heidersdorf 2002]. Die Gewinnung des
Überstands erfolgte wie in Abschnitt 4.5.1 beschrieben.
Bereits nach 20 Minuten Extraktion wurde starke Schaumbildung beobachtet. Im Rotor
hatte sich Feststoff gebildet und sich an der Rotorwand abgesetzt (siehe Abb. 7.1).
Dadurch war die Phasengrenze nach innen verschoben und die schwere Phase durch den
104