Prozeßentwicklung zur simultanen Produktabtrennung von L-Phenylalanin

Die Akkumulation von L-Phenylalanin in Fermentationsprozessen mit E. coliÜberproduzenten macht einen Prozess zur integrierten Produktabtrennung sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus biologischer Sicht interessant. Die membrangestützte Reaktivextraktion in Hohlfasermodulen kann als integrierte Produktabtrennung im Pilotmaßstab etabliert werden . Dabei sind maximale Trennleistungen von 11 g/m2h über die Hohlfasermembran erreichbar. Der Extraktionsprozess ist über eine Beziehung von Sherwood Zahl (Sh) in Abhängigkeit von Reynolds- und Schmidt-Zahl (Re, Sc) mathematisch zu beschreiben . Anhand dieses Modells können Einflüsse der Hydrodynamik für Auslegungsprozesse abgeschätzt werden. Die berechneten Stoffübergangskoeffizienten stimmen mit den experimentell ermittelten Werten weitgehend überein. Ein biokompatibles Stoffsystem, bestehend aus Extraktions- und Lösungsmittel (Di-2- ethylhexyl-Phosphossäure,D2EHPA und Kerosin), mit ausreichenden Extraktionsleistungen für L-Phe steht zur Verfügung . Die Toxizitätsschwelle des Extraktionsmittels liegt dabei oberhalb 20 %v/v. Unterhalb dieses Grenzwertes hat der Eintrag des Carriers in die Fermentation einen positiven Effekt auf die Produktbildung. Eine reversible Extraktion mit vollständiger Carrierregeneration wird durch den Einsatz von Schwefelsäurelösung als Extraktphase erreicht. Mit der membrangestützten Reaktivextraktion kann L-Phenylalanin aus Fermentationspermeat im Pilotmaßstab abgetrennt und aufkonzentriert werden . Die Selektivität der Reaktivextraktion erreicht in Bezug auf den vorgelegten Fermentationsüberstand einen Wert von 97%. Die Präzipitation des aufkonzentrierten Phenylalanins aus dem Extrakt liefert eine weißliche Trockensubstanz mit einer Reinheit von über 99 %. Mit der entwickelten Technologie kann im Pilotmaßstab aus laufenden Fermentationsprozessen L-Phenylalanin im Kilogramm Maßstab abgetrennt und präzipitiert werden. Der Aufarbeitungsprozess besteht damit aus nur drei Einzelschritten . Durch die integrierte Produktabtrennung wird die Produktivität der Fermentation um Faktor 3,75 erhöht. Mit der vorliegenden Arbeit kann die simultane Produktabtrennung aus Fermentationsprozessen mit direkter Raffinatrückführung erstmalig im Pilotmaßstab gezeigt werden