Process development and scale-up from shake flask to fermenter of suspended and immobilized aerobic microorganisms

• Prozessentwicklung und Maßstabsvergrößerung vom Schüttelkolben zum Fermenter suspendierter und immobilisierter aerober Mikroorganismen

Seletzky, Juri Martin; Büchs, Jochen (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2009)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Kurzfassung

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von Verfahren zur effizienten Prozessentwicklung mit suspendierten und immobilisierten Mikroorganismen in ansatzweiser und kontinuierlicher Prozessführung. Die Anwendung der Verfahren wurde mit dem biologischen Modellsystem Corynebacterium glutamicum auf der Kohlenstoffquelle Milchsäure demonstriert. Atmungsmessung im Schüttelkolben wird als Screeningverfahren zur Charakterisierung des Verhaltens von Mikroorganismen angewendet, um die Auswirkungen von Stressfaktoren (Osmolarität, pH-Wert, organische Säuren, Mangel an Nähstoffen und Sauerstoff) auf die metabolische Aktivität zu untersuchen. Das Verfahren wird evaluiert und mit den Standardatmungsmessverfahren Abgasanalyse und Respirometrie verglichen. Ein einfaches und kostengünstiges Screeningverfahren im Schüttelkolben zur Durchführung von Immobilisierungen auf Festkörpern wird eingeführt, um das Adhäsionsverhalten von ruhenden und wachsenden Zellen auf oberflächemodifizierten porösen Glas- und Keramikwerkstoffen zu charakterisieren. Aufbauend auf empirischen Korrelationen des volumetrischen Stoffaustauschkoeffizienten und des pH-Werts wurde ein Verfahren zur Maßstabsvergrößerung vom Schüttelkolben zum Fermenter entwickelt. Mischzeit, Stofftransport, Einfluss von Antischaummittel, Leistungseintrag, Gashold-up, Produktivität und Langzeitverhalten eines neuartigen Biofilmschlaufenreaktors mit einem keramischen Honeycombmonolithen als Aufwuchsoberfläche wurden bestimmt. Durch Modellierung konnten die Produktivitäten von Biofilm- und Standardreaktoren für aerobe Prozesse mit wachstumsgekoppelter Produktbildung verglichen werden. Zur Identifikation optimaler Betriebsbedingungen wurden der Einfluss der Durchflussrate, des Stofftransports, der Konzentration der Kohlenstoffquelle und der Aufwuchsoberfläche auf die Produktivität modelliert.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik [416510]