m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

9 Ausblick
ein vielversprechendes Werkzeug. Um den Energiehaushalt in unterschiedlichen Produktionsstämmen
zu unterschiedlichen Zeitpunkten durch Quantifizierung phosphorylierter
Metabolite und Energieäquivalente wie ATP oder NADPH zu charakterisieren, könnte die
31 P-NMR-Messung eingesetzt werden. Aus diesen Untersuchungen könnten Ansätze zur
weiteren Stamm- und Prozessverbesserung entwickelt werden.
Weitergehende Ansätze gibt es insbesondere für die Verbesserung des Prozesses mit
integrierter Produktabtrennung. Der Eintrag des bei der Reaktivextraktion verwendeten
Carriers D2EHPA in den Fermentationsprozess wurde als ein sehr kritischer Parameter
identifiziert. Deshalb wäre die Quantifizierung der kritischen Konzentration wichtig,
was mit der verwendeten Methode der Gaschromatographie nicht möglich war. Daher
müsste entweder eine Methode zur Quantifizierung des Carriers gefunden werden oder
Reihenuntersuchungen mit Zugabe unterschiedlicher Mengen des Carriers in den Fermentationsprozess
durchgeführt werden. Damit könnte gleichzeitig untersucht werden,
inwieweit die Extraktion, bzw. der Eintrag von D2EHPA für den positiven Effekt auf
Produktbildung und Selektivität des integrierten Prozesses verantwortlich ist. Um den
Eintrag des Carriers zu vermeiden, wäre der Einsatz eines Aktivkohlefilters vor der
Rückführung des Raffinats in den Bioreaktor denkbar. Dabei könnte sich jedoch die
ungewollte Rückhaltung von L-Phenylalanin oder anderen Medienbestandteilen zusätzlich
zu den organischen Bestandteilen Kerosin und D2EHPA als Problem erweisen. Eine
Zuführung neuer Medienbestandteile in die Fermentation zum Ausgleich würde den
Prozess wiederum komplizierter machen.
Neben dem Eintrag von Carrier war die Präzipitation von Proteinen in der Zentrifuge
ein kritischer Faktor. Um die Abtrennung von Proteinen zu verbessern, könnte ein Modul
mit kleinerer Porengröße, z.B. 5 kDa verwendet werden. Obwohl auch dieses Modul
durchlässig für denaturierte Proteine wäre, könnte eine Akkumulation von Proteinen in
den Zentrifugen wahrscheinlich deutlich verlangsamt werden. Alternativ dazu könnten
zwei Zentrifugen parallel betrieben werden, wodurch sich die Möglichkeit zur Reinigung
jeweils einer Zentrifuge ergeben würde. Da die Extraktionsleistung durch Feststoffbildung
reduziert wird, wäre eine vollständige Abtrennung der Proteine vor der Extraktion zu
bevorzugen.
Der Fermentationsprozess könnte möglicherweise durch Verringerung der
L-Phenylalanin-Konzentration im Bioreaktor weiter verbessert werden, was durch
eine Erhöhung der Extraktionsrate zu erreichen wäre. Eine höhere Extraktionsrate wäre
jedoch mit einem höheren Volumenstrom der organischen Phase oder auch der wässrigen
Donatorphase, also des Fermentationspermeats verbunden, beispielsweise durch Rezirkulation
vor der Rückführung in den Bioreaktor. Durch den dabei stärkeren Kontakt von
wässriger und organischer Phase wäre ein negativer Effekt auf die Fermentation allerdings
nicht auszuschließen. Zudem sinkt die Extraktionsrate bei geringer Produktkonzentration
ab. Daher müssten Vor- und Nachteile abgewogen werden.
Der entwickelte Produktionsprozess lässt sich als Basis für die Produktion diverser Metabolite
aus dem Aromatenbiosyntheseweg verwenden. Mit dem Verfahren zur integrierten
Reaktivextraktion in Zentrifugalextraktoren können Produkte oder inhibierende Substanzen
Kationen-selektiv aus Fermentationsprozessen abgetrennt werden.
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