m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

7 Integration der Reaktivextraktion in den Fermentationsprozess
L-Phenylalanin [mmol/l]
400
320
240
160
80
Fermentation
Raffinat
Akzeptor
berechnet
Online Extraktion
0
0 10 20 30 40 50
Prozesszeit [h]
Abb. 7.14: L-Phenylalanin-Produktion in einer Fermentation mit integrierter Produktabtrennung
über einen Abschnitt der Produktionsphase. 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
Nach 40 Stunden wurde die Extraktion beendet, die Fermentation wurde dagegen bis
t = 50 h weitergeführt. Während dieses letzten Teils war noch ein deutlicher Anstieg
der L-Phenylalanin-Konzentration bis auf 143 mmol/l (23,5 g/l) zu erkennen. Die Zellen
waren noch aktiv. Kein negativer Einfluss durch die Extraktion und den Kontakt zwischen
organischer Phase und Fermentationsmedium konnte festgestellt werden. In den Zentrifugen
war kein Feststoff gebildet worden. Eine ” berechnete“ L-Phenylalanin-Konzentration
von 275 mmol/l (45,5 g/l) wurde erreicht.
Weitere Daten zur integrierten Produktabtrennung sind in Abb. 7.15 dargestellt.
Die Biomasse-spezifische Produktbildungsrate, basierend auf den ” berechneten“
L-Phenylalanin-Konzentrationen, erreichte Werte von 0,4 mmol/(g·h) während der
Produktionsphase. Nach dem Beginn der Extraktion sank der Wert, wahrscheinlich
aufgrund von negativen Effekten auf die produzierenden Zellen durch die Scherung
im Umlauf. Im weiteren Verlauf blieb die Produktbildungsrate bei Werten zwischen
0,2–0,25 mmol/(g·h). Es war anzunehmen, dass dies auf den positiven Einfluss der
Extraktion zurückzuführen war. L-Phenylalanin wurde mit Extraktionsraten von 0,25–
0,3 mmol/(g·h) extrahiert. Ein Vergleich von Produktion und Extraktion zeigte eine leicht
erhöhte Extraktionsrate gegenüber der Produktbildungsrate während der Extraktion. Das
bedeutete, dass das gesamte während dieser Zeit produzierte L-Phenylalanin abgetrennt
und die Konzentration im Reaktor sogar reduziert wurde. Der Extraktionsgrad lag bei
ungefähr 48 %. Insgesamt wurde ungefähr die Hälfte (1,76 mol = 290 g) des gesamten
produzierten L-Phenylalanins während der Fermentation extrahiert (3,73 mol = 616 g).
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Abb. 7.16 zeigt den Verlauf der differentiellen und integralen Produkt-Substrat-