In diesem Projekt geht es darum, eine kontinuierliche Produktgewinnung (hier von Itakonsäure) aus einem laufenden Fermentationsprozess zu betreiben und zu optimieren. In diesem Fermentationsprozess wird mit dem Pilz Ustilgo maydis Glucose kontinuierlich zu Itakonsäure umgewandelt.

Zur Produktgewinnung wird ein getauchtes Membranverfahren verwendet, wie man es auch aus der Abwassertechnologie kennt. Es handelt sich um Hohlfasern, die spiralförmig aufgewickelt werden. Für den Betrieb dieses getauchten Prozesses wurde in der AVT.CVT ein neues Verfahren entwickelt, die sogenannte gepulste Diafiltration. Dieses Verfahren ist charakterisiert durch einen periodischen Wechsel der Flussrichtung über die Membran: (1) Permeat wird über die Membran gewonnen (outside-in Filtration) und (2) Nährlösung wird dem Reaktor über die Membran zugeführt (inside-out Filtration).
Als Rückspülflüssigkeit wird hierbei anstatt Permeat, wie man es aus herkömmlichen Membranprozessen kennt, die Nährlösung verwendet (Glucose), die die Organismen im Fermenter zur Itakonsäureproduktion benötigen. Es werden somit gleiche Mengen an Flüssigkeit ausgetauscht, so dass kein Nettofluss entsteht und die Membran Deckschicht frei bleibt.

Das Verfahren wurde bereits mehrmals erfolgreich gekoppelt mit dem Konti-Fermentationsprozess betrieben. Die Produktivität des Prozesses konnte dadurch deutlich erhöht werden. Das Verfahren zeichnet sich außerdem durch sehr hohe Stabilität sowie Permeabilitäten aus, im Vergleich zu herkömmlichen getauchten Membranverfahren. Dadurch kann die Produktgewinnung von solcher komplexen, viskosen Fermentationsbrühe gewährleistet werden.

Veröffentlichungen

F. Carstensen, A. Apel, M. Wessling: In situ product recovery: Submerged membranes vs. external loop membranes; Journal of Membrane Science 2012 (peer reviewed journal paper, published)

F. Carstensen, C. Marx, J. André, M. Wessling: Pulsed diafiltration for continuous in situ product recovery; Journal of Membrane Science (peer reviewed journal, submitted)

Patent

Patent application „Verfahren zur Produktisolierung und Substratzufuhr in einem Bioreaktor“, Oktober 2010

Konferenzen

Frederike Carstensen, Tobias Klement, Jochen Büchs, Matthias Wessling, Thomas Melin: Process Intensification by Pulsed Diafiltration for In Situ Product Recovery; ICOM, Amsterdam , Netherlands, 25-29.07.2011 (conference presentation, published)

Frederike Carstensen, Tobias Klement, Jochen Büchs, Matthias Wessling, Thomas Melin: Process Intensification by Pulsed Diafiltration for In Situ Product Recovery. North American Membrane Society, Las Vegas, United States of America, 06-08.06.2011 (conference presentation, published)