m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

7.2 Fermentationsprozess mit integrierter Reaktivextraktion von L-Phenylalanin
L-Phenylalanin [mmol/l]
400
320
240
160
80
Fermentation
Raffinat
Akzeptor
berechnet
Online
Extraktion
Online
Extraktion
0
0 10 20 30 40 50
Prozesszeit [h]
Abb. 7.12: L-Phenylalanin-Produktion in einer Fermentation mit integrierter Produktabtrennung
über zwei Extraktionsphasen. Die ” berechnete“ L-Phenylalanin-Konzentration
berechnete sich aus der Summe von L-Phenylalanin im Bioreaktor und dem konzentrierten
Produkt im Akzeptor bezogen auf das aktuelle Fermentationsvolumen
mehrfache Benutzung der Kassetten hatte diese stark beansprucht und wahrscheinlich
für Proteine durchlässiger gemacht. Durch Verwendung neuer Kassetten konnte dieses
Problem behoben werden. Der Einfluss der Feststoffbildung wird in Abschnitt 7.2.5
beschrieben. In der nächsten Phase ohne Extraktion konnte ein Anstieg der Produktkonzentration
bis auf 170 mmol/l (28 g/l) L-Phenylalanin festgestellt werden. Die Zellen
waren demzufolge noch aktiv, d.h. die Feststoffbildung sowie die Extraktion hatten bei
einer Extraktionsdauer von acht Stunden offensichtlich keinen negativen Effekt auf die
Zellen. Während der zweiten Extraktionsphase lag die Raffinatkonzentration ungefähr
bei der Hälfte der Permeatkonzentration. Am Ende dieser Extraktionsphase waren in der
Schwefelsäure 260 mmol/l (42,5 g/l) L-Phenylalanin, im Reaktor nur noch 105 mmol/l
(17 g/l) L-Phenylalanin nachweisbar. In beiden Extraktionsphasen wurden bezogen auf
5 l Akzeptorvolumen insgesamt 395 mmol/l (65 g/l) L-Phenylalanin extrahiert. Wiederum
hatte sich in der ersten Zentrifuge Feststoff gebildet, allerdings nur eine sehr geringe
Menge im Vergleich zur ersten Extraktionsphase. In den letzten zehn Stunden fand keine
weitere Produktion statt. Die theoretische Konzentration erreichte 240 mmol/l (40 g/l)
und lag damit deutlich über der Konzentration von 170 mmol/l L-Phenylalanin, die im
Experiment mit Extraktion über die gesamte Produktionsphase erreicht wurde.
Die Biomasse-spezifische Produktbildungsrate und Extraktionsrate dieser Fermentation
zeigt Abb. 7.13. Zum Startzeitpunkt der Online-Extraktion nach 16 Stunden lag die
Produktbildungsrate bei 0,43 mmol/(g·h). Während der ersten Extraktionsphase stieg die
Produktbildungsrate leicht an und sank in der Phase ohne integrierte Produktabtrennung
auf 0,14 mmol/(g·h). Während der zweiten Extraktionsphase blieb sie ungefähr bei diesem
Wert. Erst nach dem Ende dieser Extraktionsphase nach 40 Stunden sank sie fast auf Null.
Während die Abnahme in der Zeit zwischen den beiden Extraktionsphasen mit der an-
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