m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

7 Integration der Reaktivextraktion in den Fermentationsprozess
Extraktion schien einen positiven Effekt auf die Selektivität zu haben. Die differentiellen
Größen der Fermentationen mit integrierter Extraktion können allerdings nur zur Herausstellung
von Tendenzen herangezogen werden. Die maximalen Werte sind relativ ungenau,
da Volumenverlusten während der Extraktion zwar in die Berechnung der ” berechneten“
L-Phenylalanin-Konzentration eingingen, aber die Berechnung differentieller Größen
dennoch ungenauer machten als bei Fermentationen ohne integrierte Abtrennung.
Der Verlauf der integralen Raum-Zeit-Ausbeute war während der Wachstumsphase bei
beiden Fermentationen gleich, ein Unterschied wurde erst ab t = 23 h deutlich. Aufgrund
der Abnahme der Produktbildung bei der Fermentation ohne Produktabtrennung durch zu
diesem Zeitpunkt bereits relativ hohe L-Phenylalanin-Konzentration nahm die Raum-Zeit-
Ausbeute ab. Dagegen stieg die Raum-Zeit-Ausbeute bei integrierter Extraktion weiter
an und fiel erst zu einem späteren Zeitpunkt ab. Das Absinken der Raum-Zeit-Ausbeute
war wahrscheinlich auf einen zu hohen Carrier-Eintrag im Verlauf der zweiten Extraktionsphase
zurückzuführen (vgl. Abschnitt 7.2.5). Durch die Extraktion konnte in diesem
Experiment jedenfalls schneller eine höhere L-Phenylalanin-Konzentration erreicht werden.
In Tab. 7.3 sind die wichtigsten Größen verschiedener Fermentationsexperimente
zusammenfassend dargestellt. Die L-Phenylalanin-Konzentration konnte in den Experimenten
mit integrierter Abtrennung von L-Phenylalanin gegenüber der Referenz
ohne integrierte Abtrennung gesteigert werden. Nur die Konzentration am Ende der
Fermentation mit Extraktion über 32 Stunden (1) lag darunter, verursacht durch einen
zu negativen Einfluss durch den Eintrag von Carrier in die Fermentation. Technisch
interessant ist, dass die L-Phenylalanin-Konzentration im Bioreaktor durch die integrierte
Abtrennung bis auf 31 mmol/l gesenkt werden konnte, entsprechend 76 % des gesamten
produzierten L-Phenylalanins. In 18 Stunden Extraktion wurden 50 % des insgesamt
produzierten L-Phenylalanins extrahiert. Die integrale Raum-Zeit-Ausbeute lag am
Ende der Fermentationen mit integrierter Extraktion über 18 Stunden (3) ebenfalls
höher als bei der Fermentation ohne Abtrennung. Die integrale molare L-Phenylalanin-
Glucose-Selektivität wies nach 30 Stunden, solange auch in der Referenzfermentation
noch Produktion stattfand, keine großen Unterschiede zwischen den Fermentationen auf.
Deutlich wurde der Unterschied am Ende der Fermentation. Durch die Abtrennung konnte
die L-Phenylalanin-Glucose-Selektivität am Ende der Fermentation von 14,5 mol/mol %
in der Referenzfermentation auf 18,6 mol/mol % in dem Ansatz mit integrierter Reaktivextraktion
über eine kurze Phase gesteigert werden.
Tab. 7.3: Vergleich wichtiger Prozessgrößen von Fermentationen mit und ohne integrierte
Extraktion
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Fermentation L-Phe ext./prod. Int. RZA Int. YP S Int. YP S
L-Phe (50 h) (30 h) (50 h)
[g/l] [%] [g/(l·h)] [mol/mol %] [mol/mol %]
Referenz 34 0,68 16,7 14,5
lange Ext-Phase (1) 28,9 76 0,58 14,7 11,6
zwei Ext-Phasen (2) 40,1 50 0,81 17,7 15,5
kurze Ext-Phase (3) 45,5 47 0,91 16,7 18,6