m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

4.2 Fermentationen im Zulaufverfahren im Sixfors vario
gründen nicht autoklaviert werden durften, wurde über eine Sterilfiltrationsstrecke (Sterilfilter:
Sartobran, Sartorius AG, Göttingen) in die Reaktoren gebracht (Medium, siehe
Abschnitt A.2.1). Das vorgelegte Fermentationsmedium wurde mit 10 % (v/v) Vorkultur
beimpft, so dass 1,5 l erreicht wurden. Die Sauerstoffkonzentration wurde auf 30 % geregelt,
da E. coli bei Sauerstofflimitierung unter anaeroben Bedingungen Produkte wie z.B. Acetat
bildet [Schlegel 1992]. Bei Erreichen einer OD620 = 10 − 14 nach 7–10 Stunden wurde
die L-Phenylalanin-Produktion durch Zugabe von IPTG induziert. Die Zufuhr der Substrate
Glucose und L-Tyrosin wurde zum gleichen Zeitpunkt gestartet, da die vorgelegten
Substratmengen annähernd aufgebraucht waren. Die Glucoselösung hatte eine Konzentration
von 454 g/l, die L-Tyrosin-Lösung eine Konzentration von 25 g/l in 5 %iger Ammoniaklösung.
L-Tyrosin-Lösung wurde linear ansteigend nach einem festen Profil bis zum
Erreichen einer festgelegten Gesamtmenge zugegeben. Damit wurde eine OD620 = 40 − 50
erreicht. Danach wurde die Zugabe gestoppt und damit das Wachstum der L-Tyrosinauxotrophen
Stämme. Für die Produktion wurde Glucose mit 0,05–1,0 ml/min zudosiert.
Die Glucosekonzentration wurde manuell mit einem amperometrischen Test überprüft. Entsprechend
dieser Messung wurden die Dosierraten manuell an den Verbrauch im jeweiligen
Bioreaktor angepasst. Der Sollwert lag bei 5 g/l Glucose. Eine zweite Induktion erfolgte
nach 28-30 Stunden, um trotz Verdünnung der Fermentationsbrühe eine ausreichende Induktorkonzentration
zu gewährleisten. Antischaum wurde bei Bedarf manuell zudosiert.
Probenahmen erfolgten über die Fermentationsdauer im Abstand von 1,5–2 Stunden. Die
Offline-Analytik beinhaltete die Messung von Glucose, optischer Dichte, Biotrockenmassekonzentration
und HPLC-Analysen zur Bestimmung von Aminosäuren, Ammonium und
organischen Säuren (siehe Abschnitt A.3.1). Beendet wurden die Fermentationen nach
50 Stunden. Der theoretische, idealisierte Verlauf einer Fermentation im Zulaufverfahren
ist in Abb. 4.3 dargestellt.
Konzentration
Wachstumsphase Produktionsphase
1. Induktion
Biomasse
L-Tyrosin
L-Phenylalanin
2. Induktion
Glucose
0 10 20 30 40 50
Prozesszeit [h]
Abb. 4.3: Idealisierter Verlauf einer Fermentation im Zulaufverfahren mit den Konzentrationen
der Substrate L-Tyrosin und Glucose sowie der Biomassekonzentration und der
Produktkonzentration in Wachstums- und Produktionsphase
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