Integrierte Prozessentwicklung zur Herstellung von L-Phenylalanin mit Escherichia coli:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
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2001
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VII
INHALT
NOMENKLATUR X|J,
KURZFASSUNG DER ARBEIT XIX
1. EINLEITUNG
1
2. STAND DES WISSENS
3
2.1. BIOLOGISCHE GRUNDLAGEN 3
2
.
1
.
1
. GLUCOSEVERWERTUNG IN ESCHERICHIA COLI
3
2.1.2. SYNTHESE AROMATISCHER AMINOSAEUREN IN
ESCHERICHIA COLI
5
2.1.3. MOEGLICHKEITEN DER L-PHENYLALANINSYNTHESE MIT
ESCHERICHIA COLI
8
2
.
1
.4. STAND DER PROZESSENTWICKLUNG ZUR L-PHENYLALANINPRODUKTION
11
2.2. REAKTIONSTECHNISCHE GRUNDLAGEN 15
2
.
2
.
1
. PROZESSFUHRUNG IN BIOREAKTOREN
15
2.2.2. KINETISCHE GROESSEN LG
2.2.3. KOHLENSTOFFBILANZ
20
2.3. VERFAHRENSTECHNISCHE GRUNDLAGEN DER LMEMBRANFILTRATION 21
2
.
3
.
1
. EINTEILUNG DER MEMBRANEN UND MEMBRANTRENNVERFAHREN
22
2.3.2. VERGLEICH EINIGER MEMBRAN- UND MODULKONSTRUKTIONEN 24
2.3.3. STOFFTRANSPORT AN DER MEMBRAN 26
2.3.4. EINSATZ VON HOHLFASERMODULEN ZUR ZELLABTRENNUNG
31
2.4. GRUNDLAGEN DER 'H-NMR 32
2.5. INTEGRATION DER PRODUKTABTRENNUNG 36
2.5.1. MOTIVATION FUER DEN INTEGRIERTEN ANSATZ
36
2.5.2. ANFORDERUNGEN AN DIE PRODUKTABTRENNUNG
37
2.5.3. REAKTIV-EXTRAKTION IN DER BIOTECHNOLOGIE
38
3. PROBLEMSTELLUNG 41
4
.
MATERIAL UND METHODEN
45
4.1. MEDIEN UND LOESUNGEN 45
4.1.1. LB-MEDIUM
45
4.1.2. STAMMLOESUNGEN DER SALZE
45
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
HTTP://D-NB.INFO/963674153
VIII
4.1.3. SPURENELEMENTESTAMMLOESUNG
4.1.4. VORKULTURMEDIUM
4.1.5. HAUPTKULTURMEDIUM
4.1.6. ZULAUFMEDIUM 1
4.1.7. ZULAUFMEDIUM GLUCOSE
4.1.8. ZULAUFMEDIUM L-TYROSIN
4.1.9. LAUGE
4.1.10. ANTISCHAUMMITTEL
4.1.11. IPTG-LOESUNG
4.1.12. PROTEINMESSUNG UND DAHP-SYNTHASEAKTIVITAETSBESTIMMUNG
4.1.13. FIXIERLOESUNG FUER RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE
4.1.14. PUFFER FUER ON-LINE GLUCOSEANALYSE
4.2. BIOLOGISCHES SYSTEM
4.2.1. VERWENDETE
E. COLI STAEMME
4.2.2. STAMMHALTUNG UND VORKULTIVIERUNG
4.3. OFF-LINE ANALYTIK
4.3.1. GLUCOSE
4.3.2. OPTISCHE DICHTE
4.3.3. BIOTROCKENMASSE
4.3.4. PLASMIDSTABILITAET
4.3.5. HPLC
4.3.6. HPLC INTRAZELLULAERER METABOLITE
4.3.7. PROTEINBESTIMMUNG
4.3.8. DAHP-SYNTHASEAKTIVITAET
4.3.9. RASTER-ELEKTRONEN-MIKROSKOPIE
4.3.10. ZELLZAHL UND ZELLGROESSENVERTEILUNG
4.3.11.
1H-NMR EXTRAZELLULAERER METABOLITE
4.4. ON-LINE ANALYTIK
4.4.1. PH-WERT
4.4.2. SAUERSTOFFPARTIALDRUCK
4.4.3. DRUCK, TEMPERATUR, BEGASUNG
4.4.4. C0
2 UND 02 IM ABGAS
4.4.5. GLUCOSE
45
46
46
47
47
47
47
47
48
48
48
49
49
49
50
51
51
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52
52
52
53
53
54
55
55
56
56
56
56
57
57
4.5 FILTRATION
4.5.1. VERWENDETE HOHLFASERFILTRATIONSMODULE UND PUMPEN
4.5^2. HANDHABUNG VON HOHLFASERMODULEN
IX
5. APPARATIVER AUFBAU UND FERMENTATIONSDURCHFUEHRUNG 63
5.1. FERMENTATION IM SCHIITTELKOLBEN (ZULAUFVERFAHREN) 63
5.2. FERMENTATION IM 7,51 BIOREAKTOR (ZULAUFVERFAHREN) 65
5.2.1. ANSCHLUSS DES FILTRATIONSUMLAUFS 67
5.3. FERMENTATION IM 7,5 I BIOREAKTOR (KONTINUIERLICHES VERFAHREN) 69
5.4. FERMENTATION IM 201 BIOREAKTOR (ZULAUFVERFAHREN) 72
5.4.1 PROZESSDATENERFASSUNG 75
5.4.2. KONTINUIERLICHE PROBENAHME 76
5.4.3. REGELUNG DER GLUCOSEKONZENTRATION 78
5.4.4. INDIREKTE REGELUNG DER L-TYROSINZUFUHR 80
5.5. FERMENTATION IM 3001 BIOREAKTOR (ZULAUFVERFAHREN) 81
5.5.1. KONTINUIERLICHE PERMEATABTRENNUNG 82
5.5.2. INTEGRATION DER REAKTIV-EXTRAKTION 85
6
. ERGEBNISSE 89
6.1. VORUNTERSUCHUNGEN IM SCHOTTELKOLBEN UND 201 BIOREAKTOR 89
6.1.1. AUSWAHL EINES GEEIGNETEN MEDIUMS 89
6.1.2. IPTG-INDUKTION 90
6.1.3. TEMPERATUR UND PH-WERT 91
6.1.4. L-PHENYLALANINEINFLUSS AUF DIE WACHSTUMSGESCHWINDIGKEIT 94
6.2. VERFAHRENSENTWICKLUNG ZUR L-PHENYLALANINPRODUKTION 95
6.2.1. AUSGANGSSITUATION 96
6.2.2. REGELUNG DER GLUCOSEZUFUHR 97
6.2.3. EINFLUSS DER GLUCOSEKONZENTRATION AUF DEN PROZESS 98
6.2.4. INDIREKTE REGELUNG DER L-TYROSINZUFUHR 103
6.2.5. EINFLUSS DER L-TYROSINZUFUHR AUF DEN PROZESS 107
6.2.6. UEBERTRAGUNG IN DEN PILOTMASSSTAB 112
6.2.7. ANSATZ ZUR WEITEREN PROZESSOPTIMIERUNG 113
6.2.8. EINFLUSS VON D
2EHPA AUF DEN FERMENTATIONSVERLAUF 115
6.3. AUSWIRKUNG DES PRODUKTES AUF DAS BIOLOGISCHE SYSTEM 117
6.3.1. KONTINUIERLICHE FERMENTATION VON
E. COLI 4PF26 118
6.4. FERMENTATIONSTECHNIK IN DER STAMMENTWICKLUNG 122
6.4.1. AUSGANGSSITUATION 122
6.4.2. FERMENTATION VON
E. COLI 4PF20 124
X
6.4.3. FERMENTATION VON
E. COLI 4PF26 1^6
6.4.4. FERMENTATION VON
E. COLI 4PF69 ^8
6.4.5. FERMENTATION VON
E. COLI 4PF79 130
6.4.6. FERMENTATION VON .
COLI 4PF79PF63 133
6.4.7. FERMENTATION VON
E. CO//4PF81 134
6.4.8. FERMENTATION VON
E. COLI 18 137
6.5. INTEGRATION DER AUFARBEITUNG 138
6.5.1. VERFAHRENSENTWICKLUNG ZUR PERMEATABTRENNUNG 139
6.5.2. INTEGRATION DER FILTRATION IM PILOTMASSSTAB 142
6.5.3. INTEGRATION DER REAKTIV-EXTRAKTION IM PILOTMASSSTAB 144
7. FEHLERBETRACHTUNG 151
8
. DISKUSSION 155
8.1. VORUNTERSUCHUNGEN ZUR PROZESSENTWICKLUNG 155
8.1.1. MEDIENAUSWAHL 135
8.1.2. IPTG-KONZENTRATION 156
8.1.3. TEMPERATUR UND PH-WERT 156
8.1.4. EINFLUSS VON L-PHENYLALANIN AUF DAS WACHSTUM 157
8.2. VERFAHRENSENTWICKLUNG ZUR L-PHENYLALANINPRODUKTION 158
8.2.1. REGELUNG DER GLUCOSEZUFUHR 158
8.2.2. EINFLUSS DER GLUCOSEKONZENTRATION 159
8.2.3. REGELUNG DER L-TYROSINZUFUHR 162
8.2.4. EINFLUSS DER L-TYROSINREGELUNG 163
8.2.5. ANSATZ ZUR PROZESSOPTIMIERUNG 166
8.3. MASSSTABSVERGROESSERUNG 167
8.4. UNTERSUCHUNGEN ZUM ZELLZUSTAND 168
8.4.1. EINFLUSS VON D
2EHPA AUF DEN FERMENTATIONSVERLAUF 168
8.4.2. EINFLUSS VON L-PHENYLALANIN AUF DEN ZELLZUSTAND 170
8.5. INTEGRATION DER AUFARBEITUNG 171
8
.6. STAMMENTWICKLUNG 177
8.6.1.
E.COLI 4PF20 178
8.62.
E.COLI 4PF26 179
8.6.3.
E.COLI 4PF69 180
8.6.4.
E.COLI 4PF79 181
8.6.5.
E.COLI 4PF81 182
_XI
8.6.6. E. COLI 4PF79PF63 UND E. COLI 18 184
8.6.7. KOHLENSTOFFVERTEILUNG UND QUALITAET DER ANALYTIK 185
8.6.8. GEGENUEBERSTELLUNG DER L-PHENYLALANINPRODUZENTEN 187
9. ZUSAMMENFASSUNG 197
10. AUSBLICK 201
11. LITERATURVERZEICHNIS 207
12. ANHANG 225
12.1. CHEMIKALIENLISTE 225
12.2. GERAETELISTE 226
12.3. 'H-NMR-GERAETEPARAMETER 228
12.4. HPLC-GERAETEPARAMETER 229
12.5. ZUSAETZLICHE NAEHRMEDIEN 230
12.6. PRUEFBEREICHT ZUR UNTERSUCHUNG VON L-PHENYLALANIN 233
12.7. STOECHIOMETRISCHE ANNAHMEN ZUR STOFFFLUSSANALYSE 236
12.8. REM-AUFNAHMEN 237
12.9. 'H-NMR-SPEKTREN 242 |
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