Untersuchungen zur Lyse und Rückführung bakterieller Biomasse als Medienbestandteil in den Fermentationsprozess

Das generelle Ziel dieser Arbeit besteht darin, alternative Wege fur die in der biotechnischen Industrie anfallenden Abfallstrome an bakterieller Biomasse zu entwickeln. Die Idee ist, durch den Aufschluss der Bakterien deren Inhaltsstoffe freizusetzen und in Form eines loslichen Lysates in den Fermentationsprozess als Mediumskomponente zuruckzufuhren. Fur die Untersuchungen wurden drei Organismen mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften herangezogen. Begonnen wurde mit einem Klebsiella planticola-Stamm. Fur weitere Untersuchungen kam mit dem Escherichia coli-Stamm B-3996 ein L-Threoninproduzent zum Einsatz. Als drittes wurde mit dem Bacillus licheniformis-Stamm P300, ein Vertreter der Gram-positiven Bakterien, gearbeitet. Mit ihm wurde ein Hochleistungsstamm zur Produktion der alkalischen Protease Subtilisin Carlsberg genutzt. Durch die Wahl der Stamme, der Medien und der Kultivierungsbedingungen wurden industrienahe und somit fur die Praxis relevante Systeme untersucht. Eines der Hauptziele der Arbeiten liegt darin, eine effiziente Methode fur die Lyse des jeweiligen Organismus zu finden. Dabei spielt neben den verfahrenstechnischen und okonomischen Anforderungen an das Lyseverfahren auch die Lysatqualitat eine Rolle. Wichtige Faktoren fur eine spatere mogliche industrielle Realisierung werden u.a. die effiziente Prozessierung groser Stoffstrome unter Einsatz eines Minimums an stofflichen und energetischen Ressourcen sein. Auserdem werden eine gleichbleibende Qualitat der Lysate und die daraus resultierende reproduzierbare Prozessfuhrung eine entscheidende Rolle spielen. Die hergestellten Lysate wurden durch eine eingehende Lysatanalytik charakterisiert. Im Vordergrund stehen hier die Bestimmung des Kohlenstoff- und Stickstoffgehaltes und die Bestimmung des Aminosaurespektrums. Zahlreiche weitere Parameter runden die Analytik auf Seite der Lysate ab. Innerhalb dieses Arbeitsblockes erfolgt auch ein Vergleich mit konventionell eingesetzten komplexen Substraten. Zur Uberprufung der Eignung der Lysate als Mediumsbestandteil wurden zunachst Kultivierungen auf den jeweiligen Originalmedien durchgefuhrt. Durch eine genaue Auswertung dieser Kultivierungen wurde eine Beurteilungsgrundlage geschaffen, die einen Vergleich mit Kultivierungen mit Lysat zulasst. Abschliesend wurde durch Kultivierungen mit Lysat, bei denen sowohl unterschiedliche Komponenten als auch deren Menge durch bakterielles Lysat ersetzt wurden, der Einfluss dieses Lysats auf wichtige Prozessgrosen wie spezifische Wachstumsgeschwindigkeiten, Produktivitaten oder Ertragskoeffizienten beurteilt. Der Einfluss des Lysateinsatzes wurde dabei uber mehrere zyklische Ruckfuhrungen verfolgt.