m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

7 Integration der Reaktivextraktion in den Fermentationsprozess
In diesen Experimenten setzte wie bei der Fermentation ohne integrierte Extraktion
(vgl. Abschnitt 5.1) Acetatbildung ein, sobald kein L-Phenylalanin mehr produziert wurde.
Daher kann die Acetatbildung, wie bereits zuvor angenommen, als Kriterium für die
abnehmende Fähigkeit der Zellen zur L-Phenylalanin-Produktion gesehen werden (vgl.
Abschnitt 6.2.2). Bei den Experimenten ohne integrierte Extraktion war der Abbruch der
Produktion auf zu hohe Konzentrationen an L-Phenylalanin zurückgeführt worden. Bei der
integrierten Produktabtrennung lagen die L-Phenylalanin-Konzentrationen im Bioreaktor
bei der Fermentation mit langer Extraktion wie auch bei der Fermentation mit zwei Extraktionsphasen
jedoch deutlich niedriger. Daher war eine Abnahme der Produktbildung
durch einen negativen Einfluss durch Scherkräfte, die im Umlauf auf die Zellen ausgeübt
wurden oder durch Eintragung von Bestandteilen der organischen Phase anzunehmen.
Untersuchungen zum Stress auf die Zellen
Auf die Zellen konnte durch den Umlauf zur Zellrückhaltung oder durch den Eintrag
organischer Substanzen Stress ausgeübt werden. Durch eine gelelektrophoretische Auftrennung
der Proteine im zellfreien Fermentationsüberstand wurde festgestellt, dass bei
einer längeren Extraktionsdauer deutlich mehr Proteine im Überstand vorhanden waren
als bei einer kürzeren Extraktionsdauer (siehe Abschnitt A.4). Bei der Fermentation mit
kurzer Extraktion und der höchsten Produktkonzentration waren am wenigsten Proteine
im Überstand, also die wenigsten lysierten Zellen. Ein Unterschied in der Größenverteilung
der Proteine konnte nicht festgestellt werden. Dennoch war damit gezeigt, dass bei
anzunehmendem stärkerem Stress mehr Zellen lysierten und Proteine frei wurden.
Ein negativer Effekt durch Eintrag von Akzeptor in die Fermentation aufgrund von
unzureichender Phasentrennung in den Zentrifugen war nicht festzustellen. Der pH-Wert
des in den Bioreaktor zurückgeführten Raffinats wurde kontinuierlich zur Kontrolle
gemessen.
Mikroskopisch war zwischen Zellen bei einer Fermentation mit und einer Fermentation
ohne integrierte Extraktion kein Unterschied zu erkennen (siehe Abschnitt A.1). Die Plasmidstabilität
lag in allen Fermentationen bis zum Ende bei ≈80 % und war damit mit
der Plasmidstabilität einer Fermentation ohne Extraktion vergleichbar. Daher konnte der
Abbruch der Produktion nicht auf einen Plasmidverlust der Zellen zurückgeführt werden.
Extraktionsgrad
In den Fermentationen war ein Unterschied des erreichten Extraktionsgrades festzustellen,
angegeben in Abb. 7.19. Der Extraktionsgrad der Fermentation mit langer Extraktion
lag durchschnittlich nur bei 35 %. Dieser niedrige Wert war auf den im Vergleich zu
den anderen Experimenten niedrigeren Volumenstrom der organischen Phase von 2 l/h
zurückzuführen. Obwohl die Volumenströme bei den anderen Fermentation gleich waren,
waren auch hier Unterschiede im Extraktionsgrad festzustellen. Der Extraktionsgrad
während der ersten Extraktionsphase des Experimentes mit zwei Extraktionsphasen (2)
lag nur bei 26 % während der Extraktionsgrad sonst bei 45-48 % lag. Ein Extraktionsgrad
von fast 50 % war so hoch, dass die L-Phenylalanin-Konzentration im Reaktor konstant
gehalten oder sogar abgesenkt werden konnte, wie zur Vermeidung einer Inhibierung durch
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