m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

7 Integration der Reaktivextraktion in den Fermentationsprozess
Konzentration [mg/l]
100000
10000
1000
100
10
1
0.1
Fermentation
Akzeptor
L-Phe Ace Amm Na Mg K Ca Mn Fe Cu
Abb. 7.17: Anteil verunreinigender organischer Säuren und Kationen im Akzeptor
Extraktion wenig Shikimat und 3-Dehydroshikimat gebildet. Ein negativer Effekt durch
die Extraktion konnte in dieser Fermentation nicht festgestellt werden. Der Start der
Extraktion zu einem späteren Zeitpunkt hatte keine negativen Auswirkungen, denn die
L-Phenylalanin-Konzentration lag zu diesem Zeitpunkt noch niedrig. Da die Zellen am Ende
der Fermentation noch sehr aktiv waren, war ein positiver Effekt durch die Extraktion
anzunehmen. Weitere Untersuchungen werden in den nachfolgenden Abschnitten vorgestellt
und die Einflüsse diskutiert.
7.2.4 Selektivität der Produktabtrennung
Zur Bestimmung der Selektivität der Online-Produktabtrennung wurden HPLC-Analysen
für Aminosäuren und organische Säuren durchgeführt. Außerdem wurde die Kationenkonzentration
in der Fermentationbrühe und in der Akzeptorlösung am Ende einer Extraktion,
die über einen Abschnitt der Produktionsphase lief, über eine Elementaranalyse mittels
ICP-MS bestimmt (siehe Abb. 7.17). In der Schwefelsäure waren sehr geringe Mengen
Acetat vorzufinden. Acetat konnte nur extrahiert werden, wenn es ungeladen vorlag und
dadurch in organischem Lösungsmittel löslich war. Mit einem Wert von 4 lag der pH-Wert
des die Extraktion verlassenden Raffinats unterhalb des pKa-Wertes von Acetat von
4,57. An der Phasengrenze zwischen wässriger und organischer Phase war der pH-Wert
durch den Protonenübergang vom Carrier in die wässrige Phase im Austausch mit
L-Phenylalanin-Kationen noch niedriger anzunehmen, so dass eine Extraktion von Acetat
möglich war. In den weiteren Experimenten war Acetat ebenfalls kaum oder gar nicht
im Akzeptor nachweisbar. Für Shikimat (pKs 4,15) galt das gleiche wie für Acetat, doch
Shikimat war im Bioreaktor nur in so geringer Konzentrationen vorhanden (13 mmol/l),
dass es in der Schwefelsäure nicht nachgewiesen wurde. Die Ammoniumkonzentration in
Akzeptor und Fermentationsbrühe war ungefähr gleich groß. Ammoniumionen konnten
über den Carrier in Konkurrenz zu L-Phenylalanin extrahiert werden. Da die Konzentration
an Ammonium im Vergleich zur L-Phenylalanin-Konzentration jedoch gering war, war
auch der Einfluss gering. Die Konzentration der mittels ICP-MS bestimmten Kationen war
im Akzeptor durchschnittlich ungefähr genauso hoch wie in der Fermentationsbrühe. Der
Anteil von L-Phenylalanin an der Gesamtmenge extrahierter Kationen (ohne Ammonium)
lag bei 97,6 %. Dieser Wert war vergleichbar mit dem in Hohlfaserkontaktoren erreichten
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