m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

4 Produktionsorganismen, apparativer Aufbau und Durchführung der Experimente
Abb. 4.13: Foto eines Hohlfaserfiltrationsmoduls (links), die Polysulfonfasern sind parallel
in einem Gehäuse verklebt; Foto eines Kassettenmoduls (rechts)
die sich negativ auf die Zellen auswirken konnten, verringert 8 . Der Umlauf war über
Anschlüsse mit regelbaren Hähnen an die Seitenstutzen des Bioreaktors angeschlossen.
Mit einer Schlauchpumpe wurde Fermentationsbrühe durch den Umlauf gepumpt und
zellfreies Permeat kontinuierlich bereitgestellt. Zur Überprüfung des Drucks waren am
Ein- und Ausgang des Umlaufs Manometer angebracht. Um eine Sauerstofflimitierung im
Umlauf zu vermeiden, wurde ein Volumenstrom von 6 l/min eingestellt. Daraus ergab sich
eine Verweilzeit im Bypass von 3,6 Sekunden. Der Transmembrandruck betrug 1,0 bar.
Der bei freiem Ablauf aus dem Modul erreichte Permeatvolumenstrom nahm mit der
Betriebsdauer ab und lag bei ≈4,8–2 l/h.
Bei der Reaktivextraktion in Zentrifugen war im Gegensatz zur Reaktivextraktion
in Hohlfasermembranmodulen eine Abtrennung der Proteine notwendig (siehe
Abschnitt 7.1.1). Dazu wurde eine Ultrafiltrationseinheit bestehend aus fünf Kassettenmodulen
verwendet, die in einen Kassettenhalter eingebaut wurden (NMWC:
10 kDa, Membranfläche: 0,07 m 2 /Kassette, Schleicher & Schuell GmbH, Dassel). Zur
Proteinrückhaltung wurde eine Porengröße von 10 kDa gewählt. Ein Foto eines solchen
Kassettenmoduls ist in Abb. 4.13 gezeigt. Die Kassetten arbeiteten nach dem Prinzip der
Querstromfiltration. Gegenüber Hohlfaserfiltrationsmodulen haben Kassetten die Vorteile
einer geringeren Deckschichtbildung und eines höheren Drucks. Beide Parameter führen zu
einer Erhöhung des Permeatflusses. Um einen ausreichend hohen Permeatvolumenstrom
für die Extraktion zu erzeugen, waren fünf Kassettenmodule notwendig. Zur Überprüfung
des Drucks waren am Ein- und Ausgang der Kassettenhalterung Manometer angebracht.
Der zellfreie Fermentationsüberstand wurde mit einem Volumenstrom von maximal 4 l/min
mit einer Schlauchpumpe durch die Einheit gepumpt. Der Transmembrandruck lag bei
1,5 bar. Der Permeatvolumenstrom aus der Einheit lag abhängig von der Betriebsdauer
bei 3,5–1,5 l/h. Ein Volumenstrom in dieser Größenordnung war für die Online-Extraktion
bei einem Fermentationsvolumen von 10–15 l ausreichend (siehe Extraktionsexperimente
und Fermentationsexperimente in Kapitel 7).
Die Abtrennung von Zellen und Proteinen erfolgte in zwei aufeinander folgenden
Filtrationseinheiten, um das Volumen des Umlaufs zur Zellrückhaltung zu minimieren
8 Die Scherraten liegen bei dem eingesetzten Modul bei 2000 s −1 bei einem Volumenstrom von 6 l/min.
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