m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

5 Einfluss von Glucoseaufnahmesystemen auf die Produktion
Biotrockenmasse [g/l]
40
30
20
10
0,5 g/l
5 g/l
30 g/l
0
0 10 20 30 40 50
Zeit [h]
�[mmol/(g*h)]
0.4
0.3
0.2
0.1
0,5 g/l
5 g/l
30 g/l
0.0
0 10 20 30 40 50
Zeit [h]
Abb. 5.7: Verlauf der Biomassekonzentration und der Biomasse-spezifischen Produktbildungsrate
in Fermentationen des PTS(-)-Stammes E. coli 20pMK12 bei verschiedenen
Glucosekonzentrationen
duktbildungsraten bei höheren Konzentrationen und ab t = 18 h bei Null. Mit 0,5 g/l
lag die Glucosekonzentration in der Größenordnung des Km von 4,1 mmol/l für den
Glucose-Facilitator (siehe Abb. 5.8). Da die Glucose, bedingt durch das Dosiersystem mit
Schlauchpumpe bei geringen Dosierraten intermittierend zugeführt wurde, bekam jeweils
ein Teil der Zellen immer wieder Glucose. Die Menge war ausreichend für langsames
Wachstum. Das Wachstum wurde jedoch wie die Produktbildung limitiert. Nach der
Limitierung der L-Tyrosin-Zufuhr wurde zur Aufrechterhaltung einer Konzentration von
0,5 g/l nur noch wenig Glucose zudosiert. Diese Dosierrate war bei der erreichten Biomassekonzentration
nicht mehr ausreichend für Wachstum und Produktbildung. Das zuvor
produzierte L-Phenylalanin wurde wahrscheinlich für die Biomassebildung verbraucht.
Eine stärkere Limitierung der Glucosekonzentration auf 0,1 g/l wurde getestet, doch diese
hatte einen sprunghaften Anstieg der Gelöstsauerstoffkonzentration im Bioreaktor zur
Folge. Das ließ darauf schließen, dass die Zellen inaktiv wurden, weil sie gar keine Glucose
mehr erhielten.
Der Verlauf der Biomasse-spezifischen Glucoseaufnahmeraten (siehe Abb. 5.8) zeigt,
dass sich diese bei 5 und 30 g/l nur in den ersten Prozessstunden unterschieden. Die
Biomassekonzentration war bei 30 g/l Glucose während der Wachstumsphase etwas
geringer. Generell waren die Glucoseaufnahmeraten am Anfang stärker fehlerbehaftet,
da die Biomassebestimmung bei niedrigen Biomassekonzentrationen am Anfang ungenau
war (vgl. Abschnitt A.1). Die Aufnahmeraten nahmen während der Produktionsphase
langsam ab und lagen zwischen 2,5 und 1 mmol/(g·h). Während der Produktionsphase
war die Glucoseaufnahmerate bei 30 g/l Glucose etwas höher als bei 5 g/l Glucose. Die
Aufnahmeraten bei 0,5 g/l Glucose lagen mit Werten nahe Null während der Produktionsphase
deutlich unter den anderen. Da in dieser Fermentation weder Produkte noch
Nebenprodukte gebildet wurden, wurde die zugeführte Glucose nur in Biomasse und
Kohlendioxid umgesetzt. Daher lag auch die Gesamtmenge an verbrauchter Glucose nur
bei 5,7 mol, während der Verbrauch bei den anderen beiden Fermentation über die Zeit
annähernd gleich war und bei 19,4 mol (5 g/l), bzw. 21,3 mol (30 g/l) lag.
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