m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

4 Produktionsorganismen, apparativer Aufbau und Durchführung der Experimente
4.3 Fermentationen im Zulaufverfahren im 20 l Bioreaktor
Die Experimente zur Prozessentwicklung wurden in einem 20 l Bioreaktor (ISF 200, Infors
AG; Basel, Schweiz) durchgeführt. Das Arbeitsvolumen lag dabei zwischen 7,5 und
15 l. Als Ausgangsbasis für die Prozessentwicklung wurde wie für die Experimente im
Sixfors vario die von Gerigk entwickelte Fermentationsstrategie im Zulaufverfahren verwendet
[Gerigk 2001]. Übernommen wurden Vorkultur, Medium, die Anfangssollwerte der
Prozessparameter Temperatur (37 ◦ C), pH-Wert (6,5) und pO2 (>30 %), Induktionszeitpunkt,
Glucosekonzentration (5 g/l), Wachstumslimitierung durch L-Tyrosin und Fermentationsdauer
(50 h). In der weiteren Prozessentwicklung wurden verschiedene Änderungen
vorgenommen, die in den folgenden Abschnitten beschrieben werden.
4.3.1 Online-Analysemethoden
Temperatur, Druck, Begasung und Rührerdrehzahl
Die Temperatur wurde über einen Pt-100 Sensor gemessen und über einen Heizmantel
mit Wasserkreislauf eingestellt. Die Begasung erfolgte mit Luft, deren Zufuhr über einen
Massenstromregler eingestellt wurde (Volumenstrom: 2,5–12 l/min). Der Druck wurde mittels
eines Drucksensors gemessen (Überdruck: 0,2–0,5 bar). Die Rührerdrehzahl wurde
auf Drehzahlen von 400–1600 Upm eingestellt. Nach einmaliger Kalibrierung war eine regelmäßige
Kalibrierung der Parameter nicht erforderlich. Die Parameter wurden über in
die Infors-Steuerung integrierte PID-Regler geregelt.
Gelöstsauerstoffkonzentration
Die Gelöstsauerstoffkonzentration wurde durch eine amperometrische Sauerstoffelektrode
gemessen. Die Kalibrierung erfolgte vor Inokulation durch Einstellung von 100 % Sättigung
bei einer Drehzahl von 1000 Upm, einer Begasung mit Luft mit 7,5 l/min und Überdruck
von 0,4 bar. Der Null %-Wert wurde durch Begasung mit Stickstoff eingestellt.
Die Gelöstsauerstoffkonzentration wurde in den ersten Experimenten 2 manuell auf >40 %
eingestellt. In den anderen Fermentationen wurde die Gelöstsauerstoffkonzentration unter
Verwendung des integrierten PID-Reglers über die Rührerdrehzahl geregelt. Zusätzlich
wurden Begasungsrate und Druck manuell angepasst, da die maximale Rührerdrehzahl bei
1600 Upm lag.
pH-Wert
Der pH-Wert wurde mit einer Gelelektrode gemessen. Dazu erfolgte eine Zwei-Punkt-
Kalibrierung mit Pufferlösungen pH 4,0 und pH 7,0. Der pH-Sollwert wurde mittels eines
PID-Reglers konstant gehalten. Signale vom Regler wurden an eine Dosierstrecke gegeben,
die über eine Waage mit Zulaufflasche eine Schlauchpumpe zur Dosierung von 25 %iger
Ammoniaklösung ansteuerte.
2 Die Gelöstsauerstoffkonzentration wurde in den Experimenten mit dem Stamm 20pMK12 manuell ein-
52
gestellt, siehe Abschnitt 5.2.