Prozeßentwicklung zur simultanen Produktabtrennung von L-Phenylalanin:
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2000
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INHALTSVERZEICHNIS
I
INHALTSVERZEICHNIS
NOMENKLATUR
_V
KURZFASSUNG DER ARBEIT
_VHI
1 EINLEITUNG
_._1
2 STAND DES WISSENS
_2
2.1 MOTIVATION FUER DEN INTEGRIERTEN ANSATZ 2
2.1.1
BIOLOGISCHE GRUENDE 2
2.1.2 TECHNISCHE GRUENDE 3
2.1.3 GEGENUEBERSTELLUNG DER
PROZESSVARIANTEN 4
2.1.4 BEWERTUNG UND VERGLEICH DER
PROZESSVARIANTEN 8
2.2
VERFAHRENSTECHNISCHE GRUNDLAGEN 9
2.2.1
FLUESSIGMEMBRANVERFAHREN 9
2.2.2 STOFFTRANSPORTMECHANISMEN 11
2.2.3
FLUESSIGMEMBRANTECHNIK 14
2.3 EINSATZMOEGLICHKEITEN VON HOHLFASERMODULEN 16
2.3.1 EINFACHE HOHLFASERPERMEATION 16
2.3.2 HOHLFASER-EMULSIONS-PERTRAKTION 16
2.3.3 PERTRAKTION MIT ZWEI HOHLFASERMODULEN 17
2.4 HOHLFASERMODULE ZUR DISPERSIONSFREIEN EXTRAKTION 18
2.5 FLUIDDYNAMIK IN HOHLFASERMODULEN 20
2.5.1
STROEMUNG IN DEN HOHLFASERN 20
2.5.2 STROEMUNG IM MANTELRAUM 21
2.6 REAKTIVEXTRAKTION IN DER BIOTECHNOLOGIE 23
2.7 PRAEZIPITATION 24
2.8 CHEMISCHE GRUNDLAGEN 25
2.8.1
L-PHENYLALANIN 25
2.8.2
GLEICHGEWICHT 26
2.8.3
KINETIK 27
2.8.4 EXTRAKTIONSMITTELKLASSEN 27
2.9 REAKTIONSORT/EXTRAKTIONSMECHANISMEN 28
2.10 BESCHREIBUNG DES STOFFTRANSPORTS 29
2.10.1 EXTRAKTION 29
2.10.2 RUECKEXTRAKTION 30
2.10.3
MODELLIERUNG DES STOFFTRANSPORTS 31
3 PROBLEMSTELLUNG
_33
4 MATERIAL UND METHODEN
_34
4.1
ON-LINE ANALYTIK 34
4.1.1 C0
2 UND 02 IM ABGAS 34
4.1.2 PH-WERT 34
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
HTTP://D-NB.INFO/961184582
INHALTSVERZEICHNIS
4.1.3 SAUERSTOFFPARTIALDRUCK 34
4.1.4 DRUCK 34
4.1.5 PROZESSDATENERFASSUNG 34
4.2
OFF-LINE ANALYTIK 35
4.2.1 GLUCOSEKONZENTRATION IM FERMENTATIONSMEDIUM 35
4.2.2 OPTISCHE DICHTE UND BIOTROCKENMASSE 35
4.2.3 AMINOSAEUREN IN WAEBRIGER LOESUNG 35
4.2.4 ORGANISCHE SAEUREN IN WAEBRIGER LOESUNG 36
4.2.5 ELEMENTARANALYSE DER WAEBRIGEN PHASEN 36
4.2.6 PROTEINE IM UEBERSTAND 36
4.2.7 MESSUNG DER ZELLINTERNEN METABOLITE 37
4.3
AUSWAHL DER EINGESETZTEN STOFFSYSTEME 37
4.4 SATZWEISE EXTRAKTIONEN IN RUEHRZELLEN 41
4.4.1 VARIATION DER EINGESETZTEN GEGENIONEN 42
4.4.2 EINFLUSS DES D
2EHPA GEHALTS 42
4.4.3 EINFLUSS DER L-PHENYLALANINKONZENTRATION 42
4.4.4 REVERSIBILITAET DER EXTRAKTION 42
4.5 KINETISCHE MESSUNGEN IN DER RUEHRZELLE NACH NITSCH 42
4.6 REAKTIVEXTRAKTIONEN IM HOHLFASERMODUL 44
4.6.1 DIE VERWENDETEN MODULE 44
4.6.2 REINIGUNG VON HOHLFASERMODULEN 46
4.6.3 AUFBAU DER EXTRAKTIONSANLAGEN 48
4.6.4 KREISLAUFEXPERIMENTE 52
4.6.5 DURCHLAUFEXPERIMENTE 53
4.7 AUFKONZENTRIERUNG 54
4.8
WEITERE PRODUKTREINIGUNG 54
4.8.1 PRAEZIPITATION IM THERMOSTATISIERTEN BECHERGLAS 54
4.8.2 KONTINUIERLICHE FAELLUNG IM SEDIMENTER 54
4.9 DAS BIOLOGISCHE SYSTEM 55
4.9.1 STAMMHALTUNG UND SCHUETTELKOLBENKULTIVIERUNG 55
4.10 AUFBAU UND DURCHFUEHRUNG DER FERMENTATIONEN 55
4.10.1 FERMENTATION IM &LAUFVERFAHREN IM 7,5 L- FERMENTER 56
4.10.2 FERMENTATION IM ZULAUFVERFAHREN MIT FILTRATIONSUMLAUF 58
4.10.3 FERMENTATION IM ZULAUFVERFAHREN IN SCHUETTELKOLBEN 60
4.11
DEMONSTRATIONSEXPERIMENT IM PILOTMASSSTAB 61
5 ERGEBNISSE
_63
5.1
SATZWEISE EXPERIMENTE ZUR AUSWAHL GEEIGNETER STOFFSYSTEME 63
5.1.2 SATZWEISE EXTRAKTIONEN MIT VERSCHIEDENEN EXTRAKTIONSMITTELN 64
5.1.3 AUSWAHL GEEIGNETER GEGENIONEN 66
5.1.4 EINFLUSS
DES D2EHPA ANTEILS 68
5.1.5 EINFLUSS
DER KONZENTRATION AN L-PHENYLALANIN 70
5.1.6
REVERSIBILITAET DER EXTRAKTION 70
5.1.7 BERECHNUNG DES GLEICHGEWICHTS 71
5.2
EINSATZ DER CARRIER ZUR HOHLFASERGESTUETZTEN EXTRAKTION 72
5.2.1 HOHLFASERPERTRAKTION IM LABORMABSTAB 72
5.2.2
PERTRAKTION IM TECHNISCHEN MABSTAB 73
5.2.3 VARIATION DER CARRIER KONZENTRATION 76
5.2.4 VARIATION DER PROTONENKONZENTRATION 77
5.2.5 BERECHNUNG DER STOFFUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN 78
5.2.6
VARIATION DER VOLUMENSTROEME 79
5.2.7
ANMERKUNGEN ZUM BETRIEB IM PILOTMASSSTAB 82
5.2.8
AUFKONZENTRIERUNG 85
SELEKTIVITAET DER EXTRAKTION
87
INHALTSVERZEICHNIS
5.2.10
PRAEZIPITATION 88
5.3 UNTERSUCHUNGEN ZUR STOFFTRANSPORTLIMITIERUNG 88
5.3.1 BERECHNUNG DER STOFFUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN 89
KINETISCHE MESSUNGEN IN DER RUEHRZELLE 89
5.3.3 KINETIK DER HOHLFASEREXTRAKTION 89
5.4 BIOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN 93
5.4.1 FED-BATCH FERMENTATIONEN IN PH GEREGELTEN SCHUETTELKOLBEN 93
5.4.2 UEBERTRAGUNG IN DEN LABORMASSSTAB 96
5.4.3 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN D
2EHPA UND E.COLI 100
5.5 DEMONSTRATIONSEXPERIMENT ZUR INTEGRIERTEN PRODUKTABTRENNUNG IM
PILOTMASSSTAB 102
6 FEHLERBETRACHTUNG
_105
7 DISKUSSION
_106
7.1 EXTRAKTIONSMITTELAUSWAHL _ 106
7.1.1
TERTIAERE AMMONIUMVERBINDUNGEN 106
7.1.2
QUARTERNAERE AMMONIUMVERBINDUNGEN 107
7.1.3
SCHWEFELSAEUREESTER 108
7.1.4 PHOSPHORSAEUREESTER 108
7.1.5 EINFLUSS DER L-PHENYLALANINKONZENTRATION 110
7.1.6 REVERSIBILITAET DER EXTRAKTION
11 O
7.1.7 EINSATZ VON EXTRAKTIONSMITTELN UNTERSCHIEDLICHER REINHEIT 110
7.1.8 EXTRAKTIONSAUSBEUTE BEI VERSCHIEDENEN CARRIERKONZENTRATIONEN 112
7.2 EINFLUSS DES PH-WERTES 113
7.3 AUSWAHL DER GEGENIONEN 117
7.3.1 (NH
4)2S04 117
7.3.2 KCL 117
7.3.3 KOH 117
7.3.4 NAOH 118
7.3.5 H
2S04 118
7.4 EINFLUSS
DER HYDRODYNAMIK 119
7.5 BESCHREIBUNG DES STOFFUEBERGANGS 119
7.5.1 MESSUNG DER STOFFUEBERGANGSKINETIK 119
7.6 MODELLBILDUNG 121
7.7 AUFKONZENTRIERUNG UND WEITERE VERFAHRENSSCHRITTE 121
7.8 AUSBEUTE DES INTEGRIERTEN VERFAHRENS 122
7.9 BIOLOGISCHE EFFEKTE DES PHOSPHORSAEUREESTERS 123
7.10 DEMONSTRATIONSEXPERIMENT ZUR INTEGRIERTEN PRODUKTABTRENNUNG 125
8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
_127
9 ANHANG
_129
9.1
ERGEBNISSE DER DURCHLAUFEXPERIMENTE 129
9.2
BELADUNGSDIAGRAMME FUER VERSCHIEDENE D2EHPA-ANTEILE 130
9.3 MEDIEN UND LOESUNGEN 132
10 BIOLOGISCHE GRUNDLAGEN
_135
INHALTSVERZEICHNIS
IV
10.1 GLUCOSEVERWERTUNG BEI
ESCHERICHIA COLI 135
10.2 SYNTHESE AROMATISCHER AMINOSAEUREN BEI
ESCHERICHIA COLI 137
10.3 PROZEBFUEHRUNG IN BIOREAKTOREN 139
10.4 PROZESSKINETISCHE GROESSEN 141
10.4.1 WACHSTUM 141
10.4.2 BILANZIERUNG VON 0
2 UND C02 142
11 LITERATURVERZEICHNIS
_ 143 |
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